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Título: Estudo experimental e computacional das propriedades vibracionais e citotóxicas de nutracêuticos do alho
Título em inglês: Experimental and computational study of vibrational and cytotoxic properties of garlic nutraceuticals
Autor(es): Serafim, Leonardo Farias
Orientador(es): Lima Neto, Pedro de
Palavras-chave: Fisico-química
Alho
Infravermelho
Raman
DFT
Garlic
Data do documento: 2015
Citação: SERAFIM, L. F. (2015)
Resumo: A atividade citotóxica e bactericida do extrato de alho, em três linhagens de células tumorais (HCT-166, SF-295 e OVCAR-8) e em quatro culturas de bactérias: duas gram-positivas (Staphylococcus aureus ATCC 25923 e Staphylococcus epidermidis ATCC 12228) e duas gram-negativas (Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 e Escherichia coli ATCC 11303), foi investigada neste trabalho. Visando melhorar a biodisponibilidade e o direcionamento destes nutracêuticos para células alvo (tumores ou bactérias), um sistema de liberação de fármacos baseado na adsorção do extrato de alho em micropartículas de carbonato de cálcio foi desenvolvido. Adicionalmente, simulações computacionais no formalismo DFT (Density Functional Theory) foram realizadas para a determinação das propriedades estruturais e vibracionais de duas moléculas, alliina e metiina, presentes neste extrato aquoso. A molécula de alliina, espécie de maior concentração no extrato aquoso utilizado, foi usada como modelo teórico para cálculos de potenciais de interação do extrato de alho e das micropartículas de carbonato de cálcio. Os códigos GAUSSIAN, Forcite e Dmol3, assim como o funcional meta-híbrido M06-2X e o funcional puro GGA na sua formulação BPE foram usados nas simulações. Os espectros vibracionais obtidos para a molécula de alliina revelaram intensas absorções em: 1637, 1592, 1519, 1430, 1397, 1390, 1357 1018, 544 cm-1 na região do infravermelho, principalmente associadas a vibrações dos grupos carboxila, amino e sulfóxido, e em: 1643, 1429, 1404, 1316, 1297, 1207, 790, 744, 693, 588, 503 cm-1 no espectro Raman, associados a vibrações da cadeia carbônica. O espectro na região do infravermelho da molécula de metiina é semelhante ao da alliina, porém, seu espectro Raman revela bandas de absorção que podem diferenciar as duas espécies, principalmente a ausência do pico observado em 1643 cm-1 reverente ao grupo alila. Os espectros vibracionais teóricos calculados indicam uma ótima correlação com os espectros experimentais obtidos, tanto paras moléculas puras como para o extrato produzido em laboratório. Os cálculos de potenciais de interação sugerem a adsorção dos nutracêuticos em pelo menos quatro camadas de solvatação em torno das micropartículas de carbonato de cálcio, o que promove sua lenta liberação, elevando sua biodisponibilidade. Os testes de citotoxicidade revelaram inibição do crescimento tumoral de cerca de 93%, nas as três linhagens de células tumorais, e atividade bactericida nas duas colônias de bactérias gram-positivas estudadas, o que comprovou o efeito sinergético do extrato de alho com o carbonato de cálcio e sua eficácia como sistema de liberação de nutracêuticos. Estes resultados demonstram o potencial de aplicação na prática farmacêutica do uso de micropartículas de carbonato de cálcio modificadas com extrato de alho para combate a células tumorais e a ações bactericidas
Abstract: The cytotoxic and bactericidal activities of garlic extract were tested in three tumor cell lines (HCT-166, SF-295 e OVCAR-8) and four bacteria cultures: two gram-positives (Staphylococcus aureus ATCC 25923 and Staphylococcus epidermidis ATCC 12228) and two gram-negatives (Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 e Escherichia coli ATCC 11303). Aiming to improve the bioavailability and cell targeting (tumor or bacteria) of these nutraceuticals, a drug delivery system based on the adsorption of garlic extract on calcium carbonate microparticles was developed. Additionally, computer simulations within the Density Functional Theory (DFT) formalism were accomplished to find the structural and vibrational properties of two molecules, alliin and methiin, present in garlic extract. alliin the highest concentration specie present in garlic extract was used as theoretical model to represent the garlic extract on the potential interaction calculations with calcium carbonate microparticles. The computer codes GAUSSIAN, Forcite and Dmol3, with the Meta hybrid M06-2X and the pure GGA-PBE Exchange-correlation functional were used to implement the computations. The vibrational spectra recorded for the alliin unveiled intense absorption peaks at: 1637, 1592, 1519, 1430, 1397, 1390, 1357 1018, 544 cm-1 on IR spectrum, mainly assigned to the carboxyl, amine and sulfoxide groups vibrations, and at 1643, 1429, 1404, 1316, 1297, 1207, 790, 744, 693, 588, 503 cm-1 on Raman spectrum, associated to the carbon chain vibrations. The methiin IR spectrum is similar to alliin’s, but, its Raman spectrum unveiled absorption bands which may differentiate both molecules, mainly for the absence of the absorption peak observed at 1643 cm-1 , ascribed to the allyl group vibration. The calculated theoretical vibrational spectra showed a good agreement with the experimental data. The interaction potential calculations suggests the adsorption of at least four solvation layers of the nutraceuticals around the calcium carbonate microparticles, this fact allow the slowly release of the species, preserving its bioavailability. The cytotoxicity tests showed tumor cells growth inhibition of 93% for the three tumor cell line studied, and bactericidal activity on gram-positives bacteria cell cultures, which proved the synergetic effect of garlic extract with calcium carbonate and its efficacy as drug delivery system. Those results shows the application potential of the calcium carbonate microparticles modified with garlic extract on the treatment of cancer and as antibacterial agent.
Descrição: SERAFIM, Leonardo Farias. Estudo experimental e computacional das propriedades vibracionais e citotóxicas de nutracêuticos do alho. 2015. 120 f. Dissertação (Mestrado em química)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2015.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/20124
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