Teses - Química - IQ

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Ortopaladação da L-fenilalanina-metil-éster: síntese, caracterização, reatividade e estudos biológicos
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-08-25) Feitoza, Bárbara Regina Santos ; Godoy Netto, Adelino Vieira de ; Oliveira, Adriano Bof de ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O câncer é a segunda maior causa de morte no mundo, precedido apenas pelas doenças cardiovasculares. O Global Cancer Observatory estima que até 2040 observar-se-á um aumento de 30,2 milhões de novos casos de câncer, em ambos os sexos com idades na faixa de 0-85 anos. Diante da grande problemática do câncer, a busca por novas substâncias antitumorais que superem as limitações dos medicamentos em uso atualmente constitui um dos pilares mais importantes da pesquisa científica. Desde a descoberta da atividade antitumoral do metalofármaco cisplatina, vários complexos inorgânicos e organometálicos emergiram como potenciais metalofármacos que venham a superar as limitações comuns do uso clínico da cisplatina, como a toxicidade e a resistência. Nesse contexto, os complexos ortopaladados são bastante promissores, especialmente pela similaridade química entre os metais paládio(II) e platina(II), como também por proporcionarem que compostos de tendência não genotóxica possam ser obtidos. Na presente tese de doutorado, seis novos ortopaladados da L-fenilalanina-metil- éster (LFME) foram obtidos, sendo: um dímero de azida de fórmula [Pd(C2,NLFME)(μ-N3)]2, quatro complexos de fórmula geral [Pd(C2,N-LFME)(X)(PTA)], onde X = Br, Cl, I, N3 e PTA = 1,3,5-triazo-7-fosfoadamantano; e um complexo resultante do produto da reação de cicloadição 1,3-dipolar: [Pd(C2,N-LFME)(Tria)(PTA)], onde Tria = triazolato. Os complexos foram devidamente caracterizados através das técnicas de RMN (¹H, 13C e 31P) e 15N para os derivados de azida; Espectrometria de Massas (ESI) (com exceção do [Pd(C2,N-LFME)(Br)(PTA)]), análise elementar (C,H,N,S) e DRX em monocristal (somente [Pd(C2,N-LFME)(Br)(PTA)]). Ensaios in vitro de viabilidade celular do [Pd(C2,N-LFME)(Br)(PTA)] frente às linhagens tumorais A549 (pulmão), MDA-MB-231 (mama) e A2780 (ovário) demonstraram uma maior atividade do composto contra a linhagem A2780, além de uma baixa toxicidade frente a linhagem não tumoral MRC-5 (pulmão). Os estudos de interação com as biomoléculas Albumina de Soro Humano (HSA) e DNA revelaram uma afinidade considerável pela HSA, porém uma baixa afinidade pelo DNA.
Potencial químico e biotecnológico de fungos endofíticos de Spartina alterniflora
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-07-10) Borges, Fernando Monteiro ; Araujo, Angela Regina ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Estima-se que cerca de 20% de todo CO2 capturado pelas plantas são convertidos em compostos orgânicos voláteis (COVs). Estes compostos são de suma importância pois são responsáveis pela interação da planta com o ambiente ao seu redor, servindo para sinalizar a um simbionte parceiro, da atração de polinizadores para a reprodução até de carnívoros para a diminuição da herbivoria. Fungos endofíticos vivem assintomaticamente dentro das plantas e podem ser transmitidos para futuras gerações pelas sementes. Durante o longo tempo de evolução eles se especializaram em produzir COVs para interagir com a planta hospedeira e o ambiente ao seu redor, manipulando, paralisando ou até estimulando a produção metabólica de seu hospedeiro. Compreender este fato é o primeiro passo para entender e atuar nos processos biológicos e ecológicos que impactam na produção de alimentos, medicamentos, controle de doenças e pragas na agricultura. Neste trabalho foi realizada a identificação de 56 COVs que são produzidos por Annulohypoxylon stygium pertencente a família Xylariaceae entre os quais, podemos observar compostos com atividade bactericida, estimulante de crescimento, entre outros. A. stygium foi isolado de S. alterniflora pertencente a família Poaceae popularmente conhecida como capim marinho, e conhecida por biodegradar hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), substâncias tóxicas, mutagênicas e teratogênicas. Um dos objetivos deste trabalho foi avaliar se os microrganismos isolados de S. alterniflora eram resistentes a presença destes contaminantes e se seriam os responsáveis pela degradação de HPAs. Foi possível averiguar a resistência deles mas não a degradação. Dez fungos isolados de S. alterniflora foram cultivados em dois meios líquidos (Malte e Czapek), e avaliados por RMN de 1H, CLAE-DAD, atividade antifúngica (cerca de metade dos extratos foram muito ativos), anticolinesterásica (somente o extrato de Malte de A. stygium apresentou forte atividade) e citotóxica (nenhum extrato foi considerado promissor). A partir destes resultados selecionou-se A. stygium para cultivo em escala ampliada levando ao isolamento de quatro substâncias (3,4-dihidro-3,4,6,8-tetrahidroxi-1(2H)-naftalenona, 3,4-dihidro-3,4,8-trihidroxi-1(2H)-naftalenona, 3,4-dihidro-4,8-dihidroxi-1(2H)-naftalenona e 6,8-dihidroxi-3-(2-hidroxipropil)-isocoumarina). Diversas substâncias isoladas e identificadas apresentam atividades biológicas, como antifúngica, antibiótica e estimulante de crescimento entre outras, corroborando com a hipótese de simbiose entre o microrganismo e a planta hospedeira. A identificação destas substâncias é o primeiro passo para a compreensão das correlações ecológicas que podem sedimentar essa hipótese. Adicionalmente, fornece informações para a atuação biológica e ecológica cruciais na saúde da planta, levando a novas estratégias para melhorar o controle de doenças e a remediação em problemas ambientais.
Estudo metabólico e atividades biológicas de extratos produzidos pelos fungos endofíticos Preussia sp. e Phyllosticta sp. isolados de Platonia insignis Mart.
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-07-10) Lustosa, Maria do Carmo Gomes ; Araujo, Angela Regina ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O estudo dos fungos endofíticos (FE) isolados das folhas de Platonia insignis Mart, popularmente conhecida como bacuri, o que resultou, entre outros, no isolamento dos FE Phyllosticta sp e Preussia sp. Estes foram cultivados em diferentes meios e os extratos obtidos, avaliados quanto ao perfil químico e biológico (ensaios antiglicante, antileishmania, tripanocida e citotóxico) a fim de direcionar o isolamento e a identificação de substâncias bioativas. No estudo realizado por GC-MS com os extratos do fungo Preussia sp. foram anotadas duas dicetopiperazinas. A desreplicação dos extratos de Preussia sp. foi realizada pelo uso da plataforma GNPS (Global Natural Products Social Molecular Networking), utilizando dados espectrais obtidos por UPLC-Q-TOF-MS/MS. Relatou-se a anotação putativa do cluster de citocalasinas: citocalasina J, citocalasina B e ascocalasina no extrato de Czapek. Os extratos e frações foram testados contra o protozoário Leishmania infantum sendo que os extratos de Preussia sp. de Czapek (76%) e frações F6 (91%) e F7 (70%) do extrato PDB apresentaram alta porcentagem de inibição comparáveis ao controle positivo miltefosina (98%). Os extratos e frações dos fungos estudados apresentaram substâncias com propriedades antiparasitárias, destacando as substâncias ferricrocina e ferricrisina isoladas do fungo Phyllosticta sp. que mostram potencial para atividade antileishmania, com IC50 entre 5,31 – 8,51, respectivamente. Realizou-se também, estudo de compostos orgânicos voláteis microbianos (mCOVs), visto que é uma área de pesquisa recente em desenvolvimento com impacto nas áreas: agrícola, médica e biotecnológica. Assim, estudamos os COVs produzidos pelos dois FE (Phyllosticta sp e Preussia sp.) e seu co-cultivo em duas condições de luminosidade (com e sem luminosidade) e tempo de cultivo (10 e 20 dias), que foram avaliados por microextração em fase sólida (HS-SPME-GC-MS). Os dados de GC-MS foram analisados por ferramentas estatísticas uni e multivariadas, como análise de componentes principais (PCA), análise discriminante de mínimos quadrados parciais (PLS-DA) e abordagem metabolômica para identificar os COVs produzidos pelos dois fungos em culturas axênicas e co-cultivo. O conjunto de dados obtido foi analisado combinando a rede molecular gerada a partir dos dados de GC-MS com uma análise multivariada não-alvo, a fim de identificar as variações metabólicas ocorridas no perfil dos COVs. Identificou-se 23 COVs, como: álcoois 26%, hidrocarbonetos alifáticos 26%, ésteres 21,8%, cetonas 17,5% e outras classes 8,7%. O 3-metilbutan-1-ol e o álcool 2-feniletílico foram emitidos em todas as culturas axênicas (Phyllosticta sp. e Preussia sp.) e co-cultivo dos fungos. O éster 2-etil-hexanoato de metila foi identificado com composto majoritário do co-cultivo produzido por Phyllosticta sp. Uma análise multivariada dos dados foi realizada para visualizar tendências de agrupamento entre amostras e possíveis variáveis dispersas que pudessem distinguir entre culturas axênicas e co-cultivo. Deste modo, O gráfico de PCA indicou que não houve separação entre os COVs emitidos por F3 (Phyllosticta sp.) na cultura axênica e durante o co-cultivo, indicando semelhanças entre os COVs produzidos por esses grupos. Conforme os dados apresentados pelas variáveis VIP os voláteis que mais contribuíram para a descrição dos grupos foram as variáveis: 2-etil-hexanoato de etila, 3-metil-but-2-enoato de etila, nona-2-ona e undecan-2-ona. Os dados deste estudo contribuem para o conhecimento dos perfis metabólicos e biológicos de fungos endofíticos bem como suas interações com a planta hospedeira.
Modificação estrutural de fotocatalisadores à base de nanofolhas de titanato: eficiência de degradação rápida de corantes e poder de adsorção
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-06-27) Pereira, Chrystopher Allan Miranda ; Perazolli, Leinig Antonio ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A nanotecnologia de semicondutores avançou com a compreensão e controle de defeitos e modificações físicas para obter cristais de alta qualidade. As nanoestruturas de titanatos são estudadas devido à capacidade de troca iônica, adsorção de corantes e fotocatálise, prometendo aplicações diversificadas. A estrutura das nanofolhas de titanato de sódio (TNS) com suas várias fases cristalinas, como o trititanato de sódio (Na2Ti3O7) e o hexatitanato de sódio (Na2Ti6O13), assim como sua organização lamelar ligada por íons Na+ conferem alta eficiência fotocatalítica e uma grande área de superfície específica. O estudo das TNS possibilita a compreensão dos processos envolvidos em suas aplicações e a exploração de seu potencial em diversas áreas, contribuindo para o avanço na nanotecnologia de semicondutores. Neste estudo, investigamos o impacto da variação do tempo, temperatura e tempo de reação na síntese de fotocatalisadores à base de titanato, utilizando o método hidrotérmico assistido por micro-ondas. Os materiais foram caracterizados por meio de técnicas que permitiram revelar suas propriedades estruturais, morfológicas e eletrônicas, corroborando a formação de uma heterojunção entre o titanato de sódio (Na2Ti6O13) e o titanato de hidrogênio hidratado (H2Ti3O7·H2O). Os resultados evidenciaram que o incremento do potencial químico do NaOH ocasionou uma troca iônica entre os íons Na+ e H+, resultando em uma fase do H2Ti3O7·H2O mais estável. O mecanismo de coalescência orientada (OA) foi predominante, levando à formação de nanopartículas com uma morfologia semelhante a folhas nanométricas. A eficiência fotocatalítica dos materiais foi testada para o descolorimento dos corantes Rodamina B (RhB) e Azul de Metileno (MB). O fotocatalisador com melhor eficiência apresentou um tempo de meiavida para o descoloração da RhB de apenas 5 minutos, além de exibir uma alta capacidade de adsorção no meio MB (∼90% em 10 minutos). Assim, foi possível estabelecer condições favoráveis, com baixo tempo e temperatura de síntese, para produzir a heterojunção de H2Ti3O7.H2O/Na2Ti6O13. Esse material demonstrou uma notável atividade fotocatalítica e uma excelente capacidade de remoção seletiva para o azul de metileno.
Planejamento e síntese de novos inibidores e degradadores (PROteolysis TArgeting Chimera - PROTAC) de histonas deacetilases (HDACs) 1 e 2 para anemia falciforme
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-06-06) Pavan, Aline Renata ; Santos, Jean Leandro dos ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A anemia falciforme (AF) é uma hemoglobinopatia causada por uma mutação pontual no gene da β-globina. Essa mutação resulta na formação de uma hemoglobina mutada (HbS) que polimeriza e causa mudanças irreversíveis na morfologia das hemácias, a qual adquire a forma de foice e é responsável pela fisiopatologia da doença. Dentre as estratégias descritas para tratamento da AF está a indução de expressão de γ-globina e produção de hemoglobina fetal (HbF), a qual é capaz de diminuir os sintomas da doença por reduzir as taxas de polimerização, dentre outros efeitos, e foi a estratégia selecionada para o presente trabalho. As enzimas epigenéticas histonas deacetilases (HDACs) 1 e 2 foram os alvos explorados para desenvolvimento de novos indutores de expressão de γ -globina e produção de HbF. Sendo assim, este trabalho foi dividido em duas partes: 1) Planejamento, síntese e avaliação farmacológica de novos inibidores de HDAC 1 e 2; 2) Planejamento, síntese e avaliação farmacológica de novas PROTACs para degradação de HDAC 1 e 2. Na primeira parte foram sintetizados 24 intermediários e 7 produtos finais inéditos com rendimentos que variaram entre 29 e 85%. Os dois compostos mais promissores ((21) e (31)) apresentaram valores de IC50 variando entre 17 e 950 nM e importante seletividade contra as HDACs 1 e 2. Em um ensaio preliminar utilizando-se células eritroleucêmicas (K562) ambos os compostos foram capazes de aumentar em, aproximadamente, 7x a expressão de gama-globina a 1 μM após o tempo de tratamento de 72h e 96 h sendo superior ao fármaco utilizado na terapia, a hidroxiureia. Na segunda parte, 40 intermediários e 13 moléculas inéditas foram sintetizadas com rendimentos que variaram entre 30 e 65%. Todos os compostos foram avaliados quanto a degradação das HDACs 1-3 e, de forma geral, os compostos apresentaram degradação seletiva contra HDAC-1. Destacam-se os compostos ARP-26, ARP-37 e ARP-49, com valores de degradação que variaram de 41 a 60% contra HDAC-1. Os valores de DC50 dos compostos ARP-26 e ARP-49 foram determinados, e apresentaram aproximadamente 50% de degradação à 2,5 μM. Sendo assim, foi possível sintetizar e obter novos inibidores de HDAC seletivos contra HDAC-1 e HDAC-2 e capazes de induzir a expressão de γ-globina a níveis acima do que o fármaco atualmente no mercado e que podem ser úteis como candidatos à fármacos para o tratamento da anemia falciforme. Foi possível também sintetizar e obter PROTACs inéditas com seletividade de degradação contra HDAC-1.
Avaliação da especificidade e da capacidade produtiva da enzima friedelina sintase a partir de estudos de mutação sítio-dirigida
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-04-14) Botero, Weslei Bruno ; Furlan, Maysa ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Plantas constituem uma das principais fontes de produtos naturais bioativos, sendo capazes de sintetizar substâncias complexas e estereoespecíficas utilizadas para o tratamento de diversas doenças. Dentre essas substâncias, a friedelina se destaca pelo potencial gastroprotetor, antimicrobiano, hipolipemiante e por possuir uma carbonila na posição C-3 que faz com que a mesma seja precursora de substâncias com propriedades citotóxicas como a pristimerina, o celastrol e a maitenina, marcadores taxonômicos da família Celastraceae. Ademais o alto potencial terapêutico, a quantidade produzida desses metabólitos pelas plantas é pequena, de modo que alternativas de engenharia metabólica, com a expressão dos genes de plantas em sistemas heterólogos aliada à engenharia de proteínas para otimizar e aumentar a atividade das enzimas, vêm se mostrando promissoras. Desse modo, esse estudo avaliou a expressão da enzima friedelina sintase de Monteverdia ilicifolia (Celastraceae) e Populus davidiana (Salicaceae) em Saccharomyces cerevisiae. Resíduos específicos de ambas as enzimas foram modificados geneticamente por meio de reações de mutação sítio-dirigida, sendo as posições selecionadas a partir do uso do alinhamento múltiplo de sequências (MAS) e a análise da interação entre o sítio catalítico da enzima modelada e o produto friedelina. Após a obtenção dos genes mutantes, a sequência codificadora das enzimas foi clonada em um vetor de expressão, sendo o DNA recombinante transformado em levedura. Posteriormente, essa linhagem foi cultivada em meio seletivo e os terpenos extraídos e avaliados por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS). O teor de friedelina produzido pelas leveduras foi quantificado através de uma curva analítica utilizando colesterol como padrão interno. O teor de friedelina obtido para as enzimas selvagens de M. ilicifolia e P. davidiana foram de 2,024 ±0,169 mg/L e 1,024 ±0,072 mg/L, respectivamente. Dentre os mutantes avaliados, G533A apresentou um aumento na produção de friedelina de 1,8-3,6x (3,633 ±0,203 mg/L), enquanto as alterações na posição 729 resultaram em perda da função. As demais mutações apresentaram resultados mistos de acordo com a natureza da enzima mutada. Os resultados aqui apresentados são importantes para melhorar o entendimento sobre a estabilidade e capacidade produtiva dessas enzimas que produzem a friedelina, o único triterpeno carbonilado da cascata de rearranjos da via biossintética.
Maytenus ilicifolia e Xanthomonas albilineans: uma interação desvendada pela interdisciplinaridade entre a química e a genética
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-04-04) Fontanin, Karina Alves Pinheiro ; Furlan, Maysa ; Moreira, Tatiana Maria de Souza ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Os trabalhos de biossíntese e compartimentalização em espécies da família Celastraceae realizados pelo grupo de pesquisa da Profa. Maysa Furlan trouxeram importantes elucidações no processo de formação dos triterpenos quinonametídeos, metabólitos secundários que mostram exclusivo acúmulo em espécies jovens dessa família e apresentam potencialidades biológicas, incluindo antitumoral, antimicrobiana e anti-inflamatória. Estudos biológicos recentes com foco na avaliação antimicrobiana desenvolvidos pelo nosso grupo em colaboração com o Prof. Rafael Guido do Instituto de Física da USP/São Carlos, demonstraram que os triterpenos quinonametídeos apresentam potencial atividade contra a bactéria Xanthomonas albilineans, a qual está presente no solo e é causadora da escaldadura das folhas em plantações de cana de açúcar trazendo limitações à produção de álcool e açúcar. Desta forma, o acúmulo dos triterpenos quinonametídeos pode estar relacionado a uma resposta da planta ao ataque de agentes infectantes como a X. albilineans, o que permitiria avaliar a sua via biossintética pela alteração do nível de expressão gênica responsável por dirigir a produção desses metabólitos. Com isso, o presente trabalho propõe avaliar a interação entre a espécie M. ilicifolia (Celastraceae) e a bactéria X. albilineans de forma a investigar se a biossíntese dos triterpenos quinonametídeos pode ser induzida e/ou otimizada pela ação do microrganismo. Os experimentos foram realizados pela interação entre cepas de X. albilineans e plântulas de M. ilicifolia e posterior análise dos extratos de raízes e folhas por cromatografia líquida de alta eficiência para detectar e quantificar os metabólitos de interesse. Outrossim, análises de expressão gênica da planta in natura e infectada foram realizadas para avaliar se houve alteração da expressão de genes conhecidos da via dos triterpenos em resposta à infecção. Os estudos demonstraram aumento da concentração em até 48 vezes para a pristimerina e até 44 vezes para a maitenina após infecção das plântulas de M. ilicifolia com X. albilineans, demonstrando que a interação planta/microrganismo pode potencializar a produção desta classe de substâncias, o que corrobora os resultados antibacterianos previamente obtidos. Por outro lado, não houve alteração significativa do nível de expressão dos genes que codificam a friedelina sintase e a oxidorredutase CYP712K4, indicando que a quantidade dessas enzimas pode não ser limitante para a via biossintética dos compostos em estudo. Assim, os resultados do presente trabalho proporcionam a busca de outras enzimas que sejam determinantes para a biossíntese dos triterpenos quinonametídeos nas condições de estresse biótico.
Sensores eletroquímicos descartáveis molecularmente impressos contendo óxido de grafeno reduzido e nanopartículas metálicas para determinação de ácidos fenólicos em resíduos oriundos da fruticultura brasileira
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-03-24) Buffon, Edervaldo ; Stradiotto, Nelson Ramos [Unesp] ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A fruticultura é uma atividade importante para a economia brasileira. No entanto, o processamento de frutas gera uma grande quantidade de resíduos que, quando descartados em locais inadequados, causam um grande problema ambiental. A banana e a laranja são as frutas mais produzidas e consumidas no território brasileiro, e o resíduo gerado pelo processamento dessas frutas é majoritariamente composto por cascas, que, por sua vez, são ricas em compostos fenólicos. Dentre os compostos fenólicos encontrados nas cascas de banana e laranja, os ácidos ferúlico (FA), vanílico (VA) e p-cumárico (p-CA) podem ser destacados porque são utilizados pelas indústrias alimentícias, farmacêuticas e cosméticas na composição de uma ampla variedade de produtos. Considerando o reaproveitamento das cascas de banana e laranja, os ácidos fenólicos encontrados nesses resíduos podem ser extraídos e utilizados para a obtenção de produtos de maior valor agregado. Para este fim, o desenvolvimento de métodos analíticos para caracterizar as cascas de banana e laranja para a sua posterior reutilização é essencialmente importante. Dentre os métodos analíticos disponíveis para análises químicas, os métodos eletroanalíticos ganham proeminência porque permitem a análise de amostras complexas com segurança e confiabilidade, mesmo quando as concentrações das espécies de interesse são relativamente baixas. O maior desafio enfrentado pelos pesquisadores no desenvolvimento de sensores eletroquímicos é a regeneração da superfície do eletrodo e a manutenção do sinal analítico por um longo período de tempo. Uma alternativa para contornar esses inconvenientes é a utilização de eletrodos descartáveis. Neste contexto, os eletrodos do tipo screen-printed surgiram como uma plataforma viável para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos. Tendo isso em mente, o objetivo deste trabalho foi desenvolver sensores eletroquímicos descartáveis contendo óxido de grafeno reduzido (rGO), nanopartículas metálicas e polímeros molecularmente impressos para a determinação de FA, VA e p-CA em cascas de banana e laranja. O uso do rGO e das nanopartículas metálicas contribuiu para o aumento da sensibilidade dos eletrodos, enquanto que o uso dos polímeros molecularmente impressos garantiu a seletividade dos sensores eletroquímicos propostos. Mais especificamente, um sensor contendo rGO, nanopartículas de ouro e poli(fenol) molecularmente impresso foi desenvolvido para a determinação de FA, um sensor contendo rGO, nanopartículas de ferro e polipirrol molecularmente impresso foi construído para a determinação de VA, e um sensor contendo rGO, nanopartículas de níquel e poli(ácido 3-indoleacético) molecularmente impresso foi confeccionado para a determinação de p-CA. Esses sensores foram caracterizados por voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica, microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, espectroscopia RAMAN e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X. A performance analítica desses sensores foi avaliada através de uma abordagem indireta utilizando ferricianeto de potássio como sonda redox. Sob condições otimizadas, os sensores propostos apresentaram amplas faixas lineares, com limites de detecção e quantificação na ordem de 10−9 a 10−11 e 10−8 a 10−10 mol L−1, respectivamente. Esses dispositivos também mostraram uma excelente seletividade para o reconhecimento das moléculas alvo, bem como respostas voltamétricas com boa repetibilidade e estabilidade ao longo do tempo. As metodologias eletroanalíticas desenvolvidas neste trabalho foram aplicadas com sucesso em amostras de casca de banana e laranja utilizando um procedimento de análise simples, ambientalmente amigável e de baixo custo. Os resultados obtidos a partir dos testes de recuperação mostraram que os sensores propostos possuem boa precisão para a determinação de FA, VA e p-CA em cascas de banana e laranja.
Heterogeneous Fenton process based on layered double hydroxides for urban wastewater treatment
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-03-17) Serge, Nayara de Melo Costa ; Nogueira, Raquel Fernandes Pupo ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
The interest in the application of Layered Double Hydroxides (LDHs) as catalysts in heterogeneous Fenton has become frequent due to their interesting structural properties, low production cost, ease of synthesis, the possibility of incorporation of different types of elements in the same structure and application under neutral conditions. The improvement and use of these materials as catalysts in secondary treated urban wastewater (STWW), would bring benefits to human health and the environment. These perspectives motivated this study, where LDHs based on CuMgFe were synthesized for the activation of different oxidizing agents, hydrogen peroxide (H2O2), persulfate (PDS = S2O8 2-), and peroxymonosulfate (PMS = HSO5 -) in the generation of reactive species for the degradation of pharmaceuticals and inactivation of pathogens in STWW. Initially, two pyroaurite-type LDHs (MgFe-CO3 and CuMgFe-CO3) were synthesized by the coprecipitation method at constant pH to evaluate the influence of the insertion of Cu in the LDH on the degradation of the sulfathiazole antibiotic (STZ) in the dark and under LED-Vis irradiation. XPS analyzes confirmed the insertion of Cu(II) in the LDH structure and the presence of Cu(I), which increased the degradation efficiency of 150 μg L-1 of STZ, and achieving non detectable concentration was after 90 min using 4 mmol L-1 of H2O2 and 0.5 g L-1 of CuMgFe-CO3 at pH 7.5, under LED-Vis irradiation. In view of the potential of the LDH with copper to remove the antibiotic at a pH close to neutral and the high stability of the catalyst even after 4 cycles of reuse, it was decided to study the influence of the interlamellar anion on the activity. Four LDHs of CuMgFe were synthesized, with a variation of the interlamellar anion: B(OH)4 -, CO3 2-, NO3 - and SO4 2-, for the removal of the anticancer 5- fluorouracil (5-FU) in the dark and under solar radiation. XRD and XPS results showed the phase purity of the catalysts synthesized and the intercalation of the respective anions. The degradation process in the dark showed that the interlamellar anion has a strong effect on the catalytic properties of the LDH, showing the following pseudo-first order (k) rate constant sequence: CuMgFe-B(OH)4 > CuMgFe-NO3 > CuMgFe-SO4 > CuMgFe-CO3. The highest efficiency of LDH with boron was explained based on FTIR and XPS results, which showed the interactions B-O and B-OH, which were responsible for inducing modifications on the electronic density of CuMgFe-B(OH)4, accelerating the reduction of Cu(II) and Fe(III) and thus favoring the generation of reactive oxygen species in the Fenton process. This catalyst allowed the complete degradation of 200 μg L-1 of 5-FU under solar radiation after 20 min and after 40 min in the dark, with degradation efficiency maintained above 90% until the fourth cycle of use in the presence of 10 mmol L -1 H2O2 and 0.5 g L-1 LDH. The excellent performance of CuMgFe-B(OH)4 in the degradation of 5-FU, motivated the studies on the application of this catalyst in the simultaneous degradation of the antibiotics sulfamethoxazole (SMX), ciprofloxacin (CIP), cephalexin (CFX) and amoxicillin (AMX) and inactivation of Escherichia coli and Enterococcus faecalis pathogens with different oxidizing agents, H2O2, PDS, and PMS. In each system with different oxidants, CuMgFe-B(OH)4 behaved differently. LDH-activated PMS was the most efficient process and provided more than 90% removal of all antibiotics after 120 min and complete inactivation of pathogens using 0.5 g L-1 LDH and 4 mmol L-1 PMS. However, the LDH system with H2O2 was efficient for disinfection, but not for the degradation of antibiotics due to the formation of complexes between the cations present in the catalyst structure and H2O2. The PDS activated system occurred by a non-radical pathway involving mainly singlet oxygen (1O2) and Cu(III) with the removal of antibiotics, but limited disinfection capacity for Escherichia coli. In the experiments performed in this thesis, high stability of the synthesized LDHs and excellent performance under neutral conditions were observed, which is important for the application of these materials as catalysts.
Dinâmica metabólica de benzopiranos em Peperomia obtusifolia e seus endófitos Diaporthe infecunda e Fusarium oxysporum
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-03-03) Lima, Wellington Gomes de ; Furlan, Maysa ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A espécie Peperômia obtusifolia (Piperaceae) mostra o acúmulo de benzopiranos derivados do ácido orselínico, um policetídeo comumente encontrado em fungos. Estudos anteriores, com enfoque proteômico e transcriptômico, resultaram na identificação de proteínas envolvidas na rota biossintética de benzopiranos, incluindo tocoferol ciclase e preniltransferases. No entanto, as policetídeos sintases, possivelmente envolvidas na produção de um dos prováveis precursores, o ácido orselinico, um policetideo comumente encontrado em fungos, não foram identificadas, sugerindo que o ácido orselinico pode ser produzido por endófitos intimamente associados a planta. Assim, os endófitos Diaporthe infecunda e Fusarium oxysporum, foram isolados de P. obtusifolia e selecionados para os estudos de possível dinâmica metabólica entre planta-endófito, uma vez que análises prévias demonstraram a presença de policetídeos aromáticos. Os estudos para avaliação de perfil metabolômico foram baseados em técnicas hifenadas (UPLC-ESI-QTOF-MS e HPLC-ESI-QTOF-MS) e ferramentas de análise metabolômica, tais como UNIFI, molecular networking, pareamento de base de dados da plataforma GNPS e processamento MZmine dos espectros de MS no modo ESI-(-) e ESI-(+), para anotações dos policetídeos. Nesse caso, policetideos aromáticos, incluindo, 1,3,6,8-tetraidroxinaftaleno, bicaverina, islandicina, ácido astérrico, antraquinonas, 6-metilsalicilato, ciperina, ácido lecanórico e zearalanóis foram anotados como derivados da via biossintética do ácido orselínico e estavam presentes nos extratos estudados de F. oxysporum, indicando que o ácido orselínico poderia, de forma heteróloga, se constituir no precursor da via de biossíntese dos cromanos em P. obtusifolia.
Investigação metabólica dos fungos endofíticos isolados de Tagetes patula e bioatividades utilizando a abordagem OSMAC e o UNIFI
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-03-09) Silva, Marcus Vinicius de Sá Gonçalves da ; Gamboa, Ian Castro ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Os produtos naturais são utilizados pela humanidade desde os tempos imemoriais, principalmente no alívio de dores e cura de doenças. A partir dos levantamentos etnofarmacológicos, as plantas medicinais começaram a ter respaldo científico influenciando a propagação do conhecimento químico. O surgimento de equipamentos e técnicas analíticas complexas proporcionou uma investigação metabólica completa dedicada à busca de alvos moleculares e de compostos biologicamente ativos. Neste sentido, este trabalho tem como alvo de estudo os fungos Alternaria sp. e Collectotrichum sp. isolados como organismos endofíticos das folhas e raízes de Tagetes patula, pertencente ao bioma Cerrado. Estas espécies de microrganismos produzem metabólitos de interesse farmacológico e também apresentam muitos estudos químicos. Desta forma, a partir de um estudo bioguiado foi utilizada a abordagem OSMAC (One Strain Many Compounds) para a verificação da diversidade metabólica destes endófitos. Foram investigadas as atividades nematicida, antifúngicos, antibacteriana e citotóxica dos extratos destes microrganismos. Foram verificadas concentrações inibitórias mínimas (MIC) de 125 e 62,5 μg.mL-1 para os extratos dos endófitos frente a Candida albicans, e uma inibição de 92% e 99% frente às células HCT-116, referente à Collectotrichum sp. e Alternaria sp., respectivamente. Para o co-cultivo destes microrganimos foi constatado forte atividade antifúngica com MIC’s entre 15,6 a 31,25 μg.mL-1 frente aos patógenos dos gêneros Tricophyton e Cryptococcus e atividade anticâncer com inibição celular superior a 98%. Neste sentido, foram utilizadas ferramentas do estado da arte como cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC/MS), cromatografia líquida de alta eficiência acoplada ao detector de arranjo de diodos (HPLC-DAD), cromatografia líquida de alta performance acoplada ao detector de tempo de vôo. (UPLC-qTOF-MS) e ressonância magnética nuclear (RMN). Em posse destes dados, foi empregada a análise na Plataforma Científica da Waters (UNIFI), e, foram anotados 35 metabólitos. Através do fracionamento utilizando a cromatografia líquida de alta eficiência de média pressão (MPLC-DAD) juntamente com o auxílio do Dionex-DAD, do UPLC/qTof-MS e dos experimentos de RMN foi proposta uma estrutura denominada 1,2,3,4-tetrahidro-5-hidróxinaftaleno-1-carbaldeído. Esta substância ainda não havia sido relatada em um fungo endofítico ou em plantas, e não existem estudos a respeito da sua biossíntese. Desta forma, pode-se dizer que as técnicas analíticas utilizadas neste estudo bioguiado foram essenciais para a determinação estrutural da estrutura proposta, bem como na identificação dos metabólitos secundários produzidos pelos endófitos.
Synthesis and optimization of a selective magnetic molecular imprinted polymer toward quantification of tetracycline in food samples
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-02-13) Zeb, Shakeel ; Sotomayor, Maria Del Pilar Taboada ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tetracycline is an exceptionally important antibiotic that is frequently utilized for the treatment of bacterial disorders and respiratory conditions in both humans and animals. Both the prevention of bacterial infections and the treatment of advanced stages of bacterial growth are common applications for this antibiotic in the poultry farming industry. In order to detect tetracycline antibiotics in food samples, magnetic molecularly imprinted polymers (mag-MIP) were synthesized and tested in this work. High-performance liquid chromatography (HPLC), and fluorescence spectroscopy analysis were applied to investigate the adsorption experiments. Moreover, the tetracycline antibiotic was identified using an alternate electrochemical sensor technique. In order to make magnetic nanoparticles, iron salts like FeCl3.6H2O and FeCl2.4H2O were used; they were then modified using methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS). Initially, part of the research was based on HPLC and Spectro-fluorometer analysis: Magnetic nanoparticles, methacrylic acid (functional monomer), ethylene-glycol-dimethacrylate (cross-linker), and benzoyl peroxide (radical initiator) were all used in calculated proportions to synthesize the mag-imprinted polymer. In the second segment, which deals with electrochemical investigation, the mag-imprinted polymer was prepared by mixing the appropriate amount of magnetic nanoparticles, acrylic acid (functional monomer), ethylene-glycol-dimethacrylate (cross-linker), and 2,2 azo-bis-isobutyronitrile (radical initiator). The techniques of field emission scanning electron microscopy (FESEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and Fourier transform infrared (FTIR) were utilized in order to explore the morphological, and chemical characteristics of synthesized materials. The analytical curve was produced using the range from 1.0 × 10-5 mol L-1 to 8.0 × 10-5 mol L-1. The adsorption capacity of mag-MIP at equilibrium was 4.123 mg g-1 and adsorption process followed the Langmuir isotherm, and Temkin model and pseudo-2nd-order reaction kinetic. The proposed mag-polymer materials were applying in food samples using two different concentrations of tetracycline (1.7 × 10-5 and 2.5 × 10-5 mol L-1) obtaining recoveries ranging from 73.2-87.3% (HPLC) and 90.53–103.7% (Spectro-fluorometer), respectively. In electrochemical sensor: Tetracycline detection was carried out under optimal conditions utilizing square wave voltammetry, 15 mg of mag-MIP (on carbon paste), and the time is 80 seconds. Using this method, well-defined peaks ranging from 0.5 to 1.0 V vs. Ag/AgCl (KClsat) were produced. Analytical curves were constructed using the second peak at 0.83 V, yielding the following results: linear range of 5.0 ×10-7 to 4.0 ×10-5 mol L-1 (R2 of 0.9993), the limit of detection (LOD) of 1.5 ×10-7 µmol L-1, and repeatability of 2.82%. The results of the selectivity analysis showed that the suggested electrochemical sensor is highly efficient for tetracycline determination. The sensor was effectively used to identify tetracycline in commercial and raw milk samples, with recovery rates ranging from 93 to 103%.
Experiência formativa no âmbito do pibid: o papel e atuação de professores supervisores de química na coformação de futuros professores
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-01-26) Luz, Angélica Ramos da ; Bego, Amadeu Moura ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Este texto apresenta a pesquisa de doutorado desenvolvida no âmbito do Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, campus de Araraquara, que teve como objetivo investigar de que modo uma experiência formativa pautada no Processo EAR (Elaboração, Aplicação e Reelaboração) de validação de sequências didáticas incide sobre o papel e atuação de professores supervisores de química no âmbito de um subprojeto do Pibid. Para a consecução do objetivo de pesquisa, optou-se pela realização de uma pesquisa qualitativa do tipo estudo de caso. Com o intuito de operacionalizar o processo de investigação e viabilizar a resposta do problema de pesquisa, foram formuladas as seguintes questões de pesquisa: 1. De que modo a atuação dos professores supervisores se caracteriza na coformação dos bolsistas de iniciação à docência?; 2. Em que medida a experiência formativa pautada no planejamento de sequências didáticas contribui para o desenvolvimento profissional dos professores supervisores de química no âmbito do Pibid? Conforme a abordagem escolhida, esta pesquisa se restringiu a uma única fonte de informação: os sujeitos. Os participantes foram: uma professora de química de uma escola estadual e um professor de química de uma escola estadual técnica de Araraquara que atuaram como supervisores no subprojeto Pibid-Química do IQ/CAr durante o ano letivo de 2016. Os instrumentos de coleta de dados foram: questionário de caracterização e entrevista reflexiva. Os resultados apontaram que durante o desenvolvimento das atividades no subprojeto a atuação dos professores supervisores de química não foi efetivamente pautada na coformação dos bolsistas de iniciação à docência, conforme o modelo proposto por Luz e Bego (2022). O próprio desenho do Pibid, de certo modo, não fornece elementos suficientes que possam contribuir para constituir o professor da educação básica em supervisor tampouco em coformador, isso porque no atual formato o programa não determina ou explicita em seus documentos oficiais atribuições específicas aos professores que atuam como supervisores. Desse modo, acaba prevalecendo a falta de clareza quanto ao papel que deve desempenhar na formação dos bolsistas, sobre o que se espera da sua participação nessa formação e quais saberes profissionais estão em jogo para o desempenho das tarefas previstas. Avaliamos, porém, que a experiência formativa em particular contribuiu para o desenvolvimento profissional dos professores da educação básica. No entanto, evidenciamos que a experiência formativa não se mostrou adequadamente efetiva para contribuir com o desenvolvimento profissional dos supervisores e, assim, constitui-los em coformadores de futuros professores. Consideramos que mesmo adotando um delineamento bastante particular que visou a articulação entre a formação de supervisores e a formação inicial de licenciandos, por meio de reuniões semanais, acompanhamento contínuo, troca de experiências e participação em oficinas formativas, não foram parâmetros para preparar o professor supervisor para assumir o papel de figura indispensável no processo formativo. Portanto, entendemos que o atual formato do programa não apresenta todos os elementos necessários para se pensar o papel e atuação dos PrS, por esse motivo seria interessante aprofundar as discussões em novas edições, delineando as atribuições e perfil desses profissionais, bem como garantisse tempo para a prática de supervisão e condições objetivas de trabalho.
Lanthanide-based upconverting and chromium-based persistent luminescence nanoparticles for optical applications involving NIR illumination
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-11-29) Serge Correales, York Estewin ; Ribeiro, Sidney José Lima ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Neste trabalho é relatado o desenvolvimento de materiais luminescentes com propriedades de UC e PL envolvendo radiação no NIR. São descritas e discutidas: 1) a síntese controlada para a obtenção de nano e micropartículas monodispersas e de tamanho uniforme; 2) a modificação da superfície para fornecer grupos funcionais hidrofílicos, tornando-as dispersíveis e estáveis em meio aquoso; 3) caracterizações: estrutural, morfológica, óptica e fotoluminescente; 4) as potenciais aplicações. UCNPs com tamanho menor que 20 nm, estrutura do tipo núcleo/multicamada e de composição/design representado como NaGdF4:Yb3+/Ca2+/Nd3+/Tm3+@ NaGdF4:Nd3+/Ca2+@NaGdF4:Yb3+/Ca2+/Er3+/Nd3+ foram obtidas por crescimento mediado por sementes através de uma rota de coprecipitação a 300 °C. Mediante o controle simples e preciso da espessura das diferentes camadas, juntamente com ajuste do conteúdo dos íons lantanídeos em cada domínio (núcleo, camada intermediária e camada mais externa) foi possível obter luminescência multicolorida e sintonizável do azul ao branco sob excitação laser de 808 nm. Também foram sintetizadas UCPs de NaYbF4:Tm3+ em formato de microbastões de 8 µm de comprimento e 2,5 µm de diâmetro. Estes microbastões, juntamente com partículas de Ag3PO4 (fotocatalisador) e H2O2 (agente oxidante) foram utilizados no desenvolvimento de um sistema fotocatalítico de amplo espectro, ativo no UV-Vis-NIR. O sistema fotocatalítico desenvolvido apresentou alta atividade fotocatalítica na degradação do corante cristal violeta (CV) sob irradiação com luz visível (remoção total do corante em menos de 8 min) e no NIR usando um laser de 980 nm (quase total remoção do corante em aproximadamente 90 min). Além disso, foram sintetizadas UCNPs de tamanho uniforme, de estrutura do tipo núcleo/casca e de composição/design representado como NaYbF4:Tm3+@NaYF4. A propriedade de UC destas nanopartículas foi aprimorada mediante o aumento da proteção das nanopartículas centrais (núcleo) de NaYbF4:Tm3+ com uma camada protetora de NaYF4 cada vez maior. O aumento da espessura da casca levou a uma diminuição concomitante da supressão da energia associada aos defeitos de superfície das nanopartículas sem revestimento. Para potencializar as aplicações destas UCNPs de NaYbF4:Tm3+@NaYF4 foi investigado seu acoplamento com nanopartículas de PL (PLNPs), visando a obtenção de um sistema que apresente UC e PL (UC-PL) com excitação e emissão no NIR, que podem encontrar aplicações potenciais em bioimagem de tecido profundo baseado em luminescência ou na ativação de fotosensibilizadores na terapia fotodinâmica. Em decorrência disso, primeiramente foram sintetizadas PLNPs de composição ZnGa2O4:Cr3+ (ZGO) revestidas com OA. A síntese foi realizada pelo tratamento solvotérmico a 210 °C, sem a necessidade de calcinação adicional. Foi possível controlar o tamanho de 7 a 21 nm usando diferentes álcoois na síntese e uma abordagem de crescimento de nanopartículas mediada por sementes. A luminescência persistente foi dependente do tamanho das nanopartículas (PL com duração acima de 1000 s). Após do aprimoramento das propriedades ópticas das nanopartículas revestidas com OA foi realizada a modificação de superfície mediante troca de ligante com PAA e Cys. Isto permitiu remover os ligantes hidrofóbicos e fornecer grupo funcionais hidrofílicos na superfície das nanopartículas, garantindo sua redispersão em meios aquosos, além de proporcionar estabilidade coloidal a longo prazo. Finalmente, as reações de acoplamento das nanopartículas hidrofílicas foi investigado através da formação de ligação covalente entre as UCNPs e as PLNPs funcionalizadas na superfície, com base na química de acoplamento EDC/NHS. Os resultados obtidos sugerem que a reação de acoplamento foi realizada com sucesso. Com tudo, são necessárias novas condições de acoplamento e caracterizações, bem como o estudo da transferência de energia entre as nanopartículas para melhor entendimento desse processo de acoplamento e para garantir futuras aplicações.
Biofabricação 3D: obtenção de scaffolds de blendas biodegradáveis contendo fosfatos de cálcio para medicina regenerativa de tecidos
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-01-10) Pinto, Gabriel Cardoso ; Guastaldi, Antonio Carlos ; Jafelicci Junior, Miguel ; Silva, Nuno João Oliveira e ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Fatores como envelhecimento, violência e anomalias diversas podem acarretar uma demora maior de cicatrização de fraturas ósseas. Com isso faz-se necessário o desenvolvimento de biomateriais sintéticos que possam ser empregados como enxertos ósseos para auxiliar não somente na reparação tecidual, mas também quanto a promover um melhor o custo-benefício para essa intervenção cirúrgica. Devido a esses fatores e incluídos no grupo das biocerâmicas, encontram-se os derivados de fosfato de cálcio, muito utilizados em aplicações médicas por sua similaridade química com a composição inorgânica dos tecidos duros e serem bioativos. Dentre esses derivados têm-se os pirofosfatos de cálcio (P2O7, CPP) e fosfatos tricálcicos (Ca3(PO4)2, TCP), obtidos pela condensação das estruturas hidrogenofosfatos em ambientes químicos ricos em íons fosfato (PO43- ) e íons cálcio (Ca2+), respectivamente. Assim, foram avaliadas através de técnicas como DRX, RAMAN e FTIR que dentre todos os grupos sintetizados, as amostras B1-liof-1150 (β-CPP), A2-900 e A3-900 (β-TCP) foram as biocerâmicas obtidas com maior pureza. Contudo, devido a lacuna científica relacionada com os pirofosfatos de cálcio, a amostra B1-liof-1150 foi considerada o biomaterial mais promissor a ser utilizado na enxertia óssea para a tese. Por causa das limitações quanto a baixa resistência mecânica em geral de CPP, foi proposto a associação dessas biocerâmicas com diferentes matrizes poliméricas, tais como policaprolactona (PCL), Poli(ácido lático) PLA, Alginato e celulose bacteriana para melhorar tal propriedade. Destacou-se com isso a fabricação dos designados Scaffolds 3D, formados pela combinação dessas matrizes com B1-liof-1150. A partir de técnicas como MEV, EDX e ensaios mecânicos, os diferentes Scaffolds 3D obtidos foram avaliados. Para além disso, eficiência dos Scaffolds 3D de β-CPP e alginato foram testadas utilizando ensaios de viabilidade celular em células ósseas precursoras, onde foi observado a proliferação e ancoramento das mesmas. Por fim, concluiu-se que a escolha de biomateriais sintéticos a base de fosfato de cálcio pode apresentar um melhor custo-benefício seja âmbito da morbidade, da segurança, do tempo de tratamento e financeiro.
Estudos computacionais envolvendo os receptores nicotínicos de acetilcolina dos subtipos α4β2, α3β4 e α7 através da análise comparativa de contatos intermoleculares baseada em ancoragem molecular (dbCICA)
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-20) Batista, Victor de Sousa ; Nascimento Júnior, Nailton Monteiro do ; Segretti, Natanael Dante ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Os receptores nicotínicos de acetilcolina são canais iônicos pentaméricos que respondem ao neurotransmissor endógeno acetilcolina, com os subtipos α3β4, α7 e α4β2 sendo expressos em majoritariamente no sistema nervoso central humano. Esses receptores estão envolvidos em desordens neurológicas como a doença de Alzheimer e Parkinson, bem como na dependência em nicotina. Este trabalho descreve a utilização da análise comparativa de contatos intermoleculares baseada em ancoragem molecular para o estudo das características essenciais para o reconhecimento molecular de ligantes do sítio ortostérico dos receptores nicotínicos de acetilcolina do subtipo α3β4 e do sítio alostérico transmembranar dos nAChRs do subtipo α7 da espécie humana. A metodologia consiste em uma etapa de pós processamento dos dados de ancoragem molecular, utilizando um algoritmo genético que visa identificar quais combinações de contatos críticos são essenciais para a explicação da variação de bioatividade observada nos dados de docagem. Os dados produzidos, em conjunto com informações disponíveis na literatura científica, foram utilizados para racionalizar quais interações químicas podem ser maximizadas, com o intuito de produzir compostos com alta afinidade pelos receptores em questão. Utilizaram-se também os dados dos modelos dbCICA para a construção de mapas farmacofóricos, que foram validados através de curva ROC e subsequentemente utilizados na triagem virtual de compostos do banco de dados ZINC, resultando na identificação de ligantes em potencial. Ademais, um mapa farmacofórico previamente construído e validado para o sítio ortostérico ortodoxo, localizado na interface α4-β2 presente na isoforma (α4)2(β2)3 desse subtipo também foi utilizado para triagem virtual. Os dados obtidos previamente através da metodologia dbCICA para este sítio ortodoxo do subtipo α4β2 foram comparados com estruturas relevantes para a proposta de potenciais mecanismos de seletividade entre o sítio supracitado e o sítio inortodoxo que existe na interface α4-α4 da isoforma (α4)3(β2)2 desse mesmo subtipo.
Produção biológica de ácido sulfúrico e seu emprego na extração de terras raras de fosfogesso
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-07) Tayar, Samir Prioto ; Bevilaqua, Denise ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O Brasil é um dos países com maiores reservas de terras raras (TR) do mundo, mas não produz estes elementos por falta de tecnologia e impedimentos legais. Uma alternativa com potencial de alteração deste cenário é a extração a partir de resíduos urbanos ou industriais, como por exemplo o fosfogesso, material obtido do processamento da rocha fosfórica para obtenção de fósforo para produção de fertilizantes. Este é um resíduo abundante, que em muitos casos está associado a elementos terras raras, tório e urânio. Considerando que as TR estão presentes no fosfogesso predominantemente na forma de seus respectivos fosfatos, o emprego de ácido sulfúrico é uma forma efetiva de realizar a extração destes elementos. Entretanto, como há necessidade de utilizar grandes quantidades deste reagente, o custo do produto final se torna elevado, o que traz a necessidade de formas alternativas de extração. Neste aspecto, a presente tese apresenta o estudo da produção de ácido sulfúrico por micro-organismos acidofílicos visando a aplicação do ácido produzido na extração de terras raras. Para isso foi realizada coleta de amostras de drenagem ácida de mina, que foram submetidas a condições de crescimento de micro-organismos acidofílicos a 30 e 65 oC. Posteriormente foram empregados em ensaios de produção de ácido sulfúrico nas duas condições de temperatura e comparados com a produção da Acidithiobacillus thiooxidans. Neste experimento foi possível determinar que as três cepas utilizadas produziram 0,17; 0,10 e 0,04 mol H+ L-1 em 45 dias. Entretanto, nenhuma das cepas foi capaz de produzir mais do que a At. thiooxidans, que alcançou 0,25 mol H+ L-1 no mesmo tempo de experimento. Por esse motivo apenas esta bactéria foi utilizada para estudos em reator, no qual foram estudadas dois impelidores na presença e ausência de elementos traço. Neste experimento foi possível determinar que a adição de elementos traço não faz com que seja produzido mais ácido ao final, mas acelera a produção inicial e reduz a fase lag de crescimento. O emprego do impelidor do tipo hélice naval resultou na maior produção de ácido sulfúrico ao final do experimento. O ácido produzido foi empregado na extração de terras raras do fosfogesso que na condição de biolixivição two-step apresentou rendimento de 98% para neodímio e ≈ 60% para demais elementos TR. As formas de controle desta condição mostraram que o consumo ácido do fosfogesso eleva o pH do meio e prejudica o metabolismo da bactéria, o que resulta na menor produção de ácido da biolixiviação one-step. Após lixiviados, os elementos TR foram submetidos a precipitação com ácido oxálico concentrado, resultando na recuperação de 60% do total de TR presentes em 300 g de fosfogesso, mas concentrados em 0,92 g de oxalatos de terras raras, provando a eficácia do processo apresentado.
Label-Free electrochemical capacitive biological sensors for molecular diagnostics
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-10-21) Lucas Garrote, Beatriz ; Bueno, Paulo Roberto ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
The recent advances in biomedicine and technology have risen the popularization of molecular diagnosis which refers to the use of molecular techniques, such as polymerase chain reaction (PCR) or enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), to analyze biological markers (e.g., proteins, DNA or RNA). Both PCR and ELISA have been improved over the years with a broad range of applications. Nonetheless, both techniques have limitations that complicate their access in developing countries or their application in the field, since both need costly and high-size equipment with a stable source of power, costly reagents, and additional steps, which turn them into time-consuming assays, and high-qualified personnel to run the assays. REASSURED Point-of-care (POC or bedside testing) molecular diagnosis devices appear to overcome those limitations due to the facility to use handheld devices to medically examine a patient during a consultation where doctors and patients are no longer required to wait for lab results to make an appropriate diagnosis. Therefore, POC devices have the potential to become the primary care tool to diagnosis diseases in which the detection time is crucial to initiate the treatment, as is the case in non-communicable diseases (NCDs), and to avoid the spread of infection agents, as it is the case in infectious diseases, reducing the probability of outbreak and multiple deceases. POC molecular diagnosis devices are popularly known as biosensors which are constituted by three elements: receptor, transducer, and output system. Within those, transducer is the main element, since it is responsible to convert the biological/chemical signal of the analyte-receptor interaction into an electrical signal readable by the output system. The recognition of the analyte by the transducer can be directly (i.e., label-free) on only one-step without additional reagents (reagentless) by the variation of an inherent property of the transducer; or indirectly (i.e., label-based) by using additional steps for analyte labeling or additional labeled-molecules. This requirement increases the duration, the cost and the difficult of handling of the assay, so label-free and reagentless methodologies are more appropriate for POC devices. Those requirements are accomplished by using transducers based on electrochemical capacitance which also offers high-sensitivity and the possibility of miniaturization. Electrochemical capacitive transducers are composed by a redox-active nanostructure immobilized on the electrode surface with discrete energy levels. Those transducers use impedance-derived capacitance spectroscopy as electrochemical technique derived from EIS measurements that measures the electrochemical capacitance (C_μ) of those electroactive nanostructures. C_μ is an intrinsic characteristic of those electroactive nanostructures with thickness < 5nm, related to the energy storage and density-of-states (DOS) of the interface. C_μ biosensors are modelled by the quantum rate theory which resolves the quantum dynamics of the electron transfer (ET) in diffusionless electrochemical reactions, such as one of the electroactive interfaces, given by k=G/C_μ, where k is the electron transfer rate and G is the quantum conductance which measures the charge transport within the electrode and the electroactive interface. This theory demonstrated that in an ideal electron transfer situation, G=G_0, where G_0=g_s e^2/h ~ 77.5 μS is the quantum of conductance. Moreover, it demonstrated that C_μ is a consequence of the series combination of an electrostatic (C_e) and quantum (C_q) capacitances, such as 1/C_μ=(1/C_e)+(1/C_q), where C_e arises from the charge separation (l) due to the solvation of the electroactive switches and C_q emerges from the occupancy of the energy levels within the charge transfer with the electrode through the backbone of the electroactive molecule (L). In most of the quantum C_μ interfaces, l≪L, so C_e≫C_q, 1/C_e is close to zero and C_μ~C_q. According to those approximations, k=G_0/C_q, demonstrating that electroactive interfaces operate in a purely quantum regime, turning them in high-sensitive transducers for biosensing applications. The versatility and high-sensitivity of the C_q transducers convert them into promising tool for the development of analytical assays in a vast range of applications qualitative or quantitative. In this Ph.D. project we proposed the use of electrochemical capacitance transducers to develop novel biosensing assays for the diagnosis of relevant diseases: SARS-CoV-2 infection by the detection of spike protein (SP) and nucleocapsid protein (NP) in nasopharyngeal/oropharyngeal samples; Dengue virus infection by the quantification of NS1 protein in serum samples; and Alzheimer’s disease (AD) by the quantification of ptau-181 and ADAM10 proteins in human serum samples. SARS-CoV-2 is the novel circulating member of the family Coronaviridae that rapidly spread worldwide and became a global health threat. The development of biosensors became a priority until the development of the vaccines. In this doctoral thesis, the SARS-CoV-2 assay developed detected the presence of the viral proteins S and N in nasopharyngeal/oropharyngeal human samples with 77% of specificity and 80% of sensitivity, higher than the overall commercial rapid assays. Dengue virus also constituted a health threat in some tropical countries, such as Brazil. Efficient POC devices could provide rapid detection of the infection and monitorization of the progression of the disease to more severe haemorrhagic dengue. Thus, in this project we developed a miniaturized and high-sensitive Dengue virus assay for the quantification of the viral protein NS1. A novel amplifier signal methodology was coupled to the assay which increased up to 1000 times its sensitivity, enabling the detection of the virus since the biggening of the infection. Moreover, in this doctoral thesis, C_q transducers were applied to the first-time label-free quantification of two AD serum biomarkers, ADAM10 and ptau-181. Two ADAM10 assay were developed by using two antibodies that recognized a distinct ADAM10 isoforms. The analytical features of each assay were resolved by measurements on the C_q transducer which enable the determination of the association constant (K_a), limit-of-detection (LOD), limit-of-quantification (LOQ). Both assays demonstrated similar K_a and LODs and LOQs in the nanogram per millilitre range. Also, the specificity of each assay was analysed by the quantification of the protein in serum samples from AD patients and healthy individuals. In the case of the ptau-181 assay, the concentration range in human serum samples was picogram per milliltre, so three different C_q transducers based on a redox peptide self-assembled monolayer (SAM), the redox peptide SAM coupled to the amplifier signal methodology and a CdTe quantum dot ensemble, were analysed in terms of LOD and LOQ to evaluate which of them would be suitable for the application. The sensitiveness of the rPep SAM was not enough to quantify the protein in such concentration range, while the alternative with the amplifier signal and the QD-based transducers were suitable for the application. In summary, in this doctoral thesis it was demonstrated the potential of the electrochemical capacitance technique for the development of transducers for POC devices. The versatility of the technique enables a vast range of applications which diverse analytical features requirement. Accordingly, the objectives proposed in the beginning of this project were successfully achieved and new prospect for future research have been created.
Biolixiviação do minério de calcopirita pela perspectiva da eletroquímica de semicondutores
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-10-14) Toledo, Ailton Guilherme Rissoni ; Bevilaqua, Denise ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A crescente necessidade de cobre, o esgotamento dos recursos mundiais de jazidas de minério de alto teor e o acúmulo ininterrupto de resíduos de minério contendo metais comercialmente valiosos tendem a impulsionar o desenvolvimento de processos hidrometalúrgicos. A hidrometalurgia designa processos mais sustentáveis e de baixo custo para obtenção de recursos metálicos a partir de sua (bio)lixiviação, em que há a possibilidade de processar minérios de baixo teor, substituindo a pirometalurgia. No entanto, a (bio)lixiviação em larga escala de minério de calcopirita, minério de cobre mais abundante disponível na natureza (>70%), ainda não é viável economicamente. Muitos dos minerais de interesse são semicondutores, como a calcopirita, desse modo, entender sua natureza semicondutora em contato com uma solução eletrolítica é crucial para promover a eficiência e a aplicação da biohidrometalurgia em larga escala. No entanto, poucos trabalhos na área de (bio)lixiviação têm considerado a abordagem eletroquímica de semicondutores, em que uma efetiva (bio)lixiviação mineral depende do que ocorre na interface entre o semicondutor e uma solução eletrolítica, bem como em suas fases sólida e líquida. A fim de compreender os processos químicos entre a calcopirita e a solução eletrolítica, uma superfície de resposta capaz de descrever a extração de cobre com alta confiança estatística (R2 = 0,9973) foi obtida usando um planejamento fatorial composto central. Os resultados evidenciaram que a lixiviação da calcopirita foi fortemente influenciada pelo potencial da solução, que foi função da razão [Fe2+]i:ρpolpa. A razão [Fe2+]i:ρpolpa ≈ 80 permitiu uma faixa ótima de potencial de solução para a maior parte de duração do experimento, o que proporcionou uma extração de cobre de cerca de 91% em 28 dias do concentrado calcopirítico. Nos experimentos de biolixiviação, consórcios de microrganismos capazes de manter potenciais de solução mais baixos propiciaram recuperações de cobre de quase 90% em 129 dias do concentrado calcopirítico. Por sua vez, a lixiviação do minério de baixo teor obteve aproximadamente 63% de extração de cobre em 195 dias. Assim, os resultados experimentais, a teoria da eletroquímica de semicondutores juntamente com os potenciais de Nernst calculados das principais reações de oxidação-redução, indicaram que a recuperação do cobre foi regida por condições experimentais que favoreceram o aumento de concentração de portadores de carga majoritários na superfície da calcopirita. Foram elaborados modelos de (bio)lixiviação pela perspectiva da eletroquímica de semicondutores, que explicaram os resultados obtidos.
Superfícies capacitivas e impedimétricas como plataforma eletroquímica para determinação de biomarcadores clinicamente relevantes
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2015-07-31) Fernandes, Flávio Cesar Bedatty ; Bueno, Paulo Roberto ; Góes, Márcio de Sousa ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Neste trabalho está descrito a aplicação de superfícies moleculares nanoestruturadas com grupos redox confinados e elementos de reconhecimento específico (anticorpos) para detecção de biomarcadores clinicamente importantes como: proteína C-reativa (CRP), fosfatase prostática ácida humana (hPAP) e alfasinucleína. Em princípio, os grupos redox confinados contribuem para um carregamento interfacial substancial dependente do potencial que pode ser monitorado sensivelmente e resolvido na frequência por espectroscopia de impedância derivada em capacitância (ECE). O sinal de carregamento interfacial, aqui nomeado como capacitância redox (𝐶��𝑟��), o qual tem a magnitude do sinal relacionado com a densidade de centros redox ocupados e a sua natureza quântica é sensível a modificações na superfície. Assim, o sinal 𝐶��𝑟�� é capaz de traduzir sensívelmente eventos de ligações e reconhecimentos de alvos específicos sobre a superfície receptiva. Este novo método de transdução foi aplicado aqui usando superfícies de diferentes composições químicas construídos a partir de diferentes tipos de tióis como pentadecanotiol, 16-mercaptohexadecanóico ácido ou PEGlate conjudagados com 11-ferrocenilundecanotiol em diferentes proporções. No primeiro estudo a CRP e a hPAP foram detectadas de uma forma específica, com uma faixa linear clinicamente útil e limites de detecção (L.D.) significantemente melhores do que outros trabalhos eletroquímicos previamente reportados na literatura (200 pmol L-1 e 11 ρmol L-1 para CRP e hPAP, respectivamente). Adicionalmente, a ECE e a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) foram comparadas analiticamente mostrando resultados equivalentes para detecção de CRP por ambas as técnicas com a vantagem que a ECE não requer a adição de uma probe redox em solução. Também, as formas de imobilização hidrofóbica e covalente da espécie receptiva foram comparadas e a imobilização covalente mostrou resultados mais robustos do que a imobilização hidrofóbica do anticorpo. A última vantagem proposta neste trabalho foi a aplicação das análises de função de imitância (𝐼��𝑚��𝐹��𝑠��) que é baseada no uso de um portfólio de funções de imitância matematicamente derivadas e componentes relacionados, capazes, a partir do mesmo conjunto de dados, de permitir o aumento da sensibilidade das análises de detecção de biomarcadores e primordialmente encurtar o tempo de ensaios em comparação a analises impedimétricas realizadas usando abordagens faradaicas, não-faradaicas ou capacitiva redox tradicionais. O conceito de 𝐼��𝑚��𝐹�� foi primeiramente validado para metodos EIE para detecção de CRP e o desempenho analítico das 𝐼��𝑚��𝐹��𝑠�� foi superior ao parâmetro tradicional 𝑅��𝑐��𝑡�� resultando em ensaios aproximadamente 12 vezes mais sensíveis e 10 vezes mais rápidos. O conceito de 𝐼��𝑚��𝐹�� foi também combinado com ECE para detecção de alfa-sinucleína e CRP alcançando valores de L.D. de 121,1 ± 2,7 pmol L-1 e 7,4 ± 3,1 pmol L-1, respectivamente. O ponto mais promissor nos resultados foi o curto tempo requerido para acquisição de dados, em que menos de 3 minutos por medidas em triplicatas foram necessários. Estes ensaios são label free, ultrassensíveis, específicos e acompanhados por uma boa faixa linear.

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