Ramnolipídeos: desenvolvimento de biorreator e funcionalização de biocurativo de celulose bacteriana

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dc.contributor.advisorCamilios Neto, Doumit
dc.contributor.authorConceição, Karen Stefany
dc.contributor.bancaDebiagi, Flávia
dc.contributor.bancaArias, Mônica Vicky Bahr
dc.contributor.bancaOliveira, Suzana Mali de
dc.contributor.bancaSpinosa, Wilma Aparecida
dc.contributor.coadvisorTischer, César Augusto
dc.coverage.extent164 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-10-15T13:56:59Z
dc.date.available2024-10-15T13:56:59Z
dc.date.issued2022-09-30
dc.description.abstractBiomateriais são materiais destinados a avaliar, melhorar, tratar, aumentar ou substituir qualquer tecido, órgão ou função do corpo, de forma parcial ou total. A celulose bacteriana (CB) é um biopolímero sintetizado por algumas bactérias aeróbias, que forma uma rede de nanofibras quimicamente puras, não tóxicas e biocompatíveis. As membranas de celulose bacteriana são utilizadas como curativo, servindo de barreira física e fornecendo umidade ideal tanto para feridas secas como exsudativas. No entanto, na ausência de funcionalização, não apresentam atividade antimicrobiana, o que restringe, pelo mesmo parcialmente, o espectro de utilização. Estratégias de funcionalização de CB com moléculas que apresentem propriedades farmacológicas (e.g., atividade antimicrobiana), tanto por interações físicas como por ligações químicas, vêm sendo testadas. Os ramnolipídeos (RL) são biossurfactantes glicolipídicos naturais de alta performance tensoativa, biodegradáveis e que apresentam ainda, atividade cicatrizante e antimicrobiana sobre bactérias Gram-positivas, Gram-negativas, fungos e leveduras. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver dois protótipos: (i) um biorreator de bancada para produção de ramnolipídeos por fermentação estática em suporte de membrana de celulose bacteriana e (ii) um curativo biocompatível e biofuncional com a incorporação de ramnolipídeos a membrana de celulose bacteriana (CB-RL). Os experimentos de produção de ramnolipídeos, pelo protótipo de biorreator de bancada desenvolvido, sugeriram um potencial de ampliação de escala tanto por empilhamento como por incrementos no diâmetro das “unidades de cultivo”. Adicionalmente, os resultados indicaram a não necessidade de sistema de aeração forçada e a utilização de extrato aquoso de torta de milho promoveu um incremento de 4 vezes produção. O protótipo de curativo (CB-RL) foi submetido a análises de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier que indicaram a presença da estrutura ramnolipídica, com anéis ramnose e longas cadeias de hidrocarbonetos. Análises de microscopia eletrônica de varredura mostraram que a incorporação de ramnolipídeos nas membranas não alterou a estrutura da rede de nanofibras, enquanto, análises termogravimétricas indicaram que a presença destes não afetou a estabilidade térmica das membranas. Cultivo celulares mostraram que células epiteliais aderiram, cresceram e se proliferaram sobre a membrana com o biossurfactante, sugerindo ausência de efeito citotóxico das membranas modificadas. Análises, in vivo, do efeito terapêutico do protótipo de curativo, foram analisados na rotina cirúrgica do Hospital Veterinário da UEL, mostraram boa granulação do tecido, ausência de infecção e rápida cicatrização. O presente trabalho reportou o desenvolvimento de um protótipo de biorreator de fermentação estática, em escala de bancada, com potencial de escalonamento - em um processo simples e de baixo custo operacional; e um biomaterial alternativo para a área biomédica (CB-RL), obtido por fontes naturais, biocompatível e com potencialmente curativo de feridas contaminadas
dc.description.abstractother1Biomaterials are materials intended to evaluate, improve, treat, augment or replace any tissue, organ or function of the body, partially or totally. Bacterial cellulose (BC) is a biopolymer synthesized by some aerobic bacteria, which forms a network of chemically pure, non-toxic and biocompatible nanofibers. Bacterial cellulose membranes are used as a dressing, serving as a physical barrier and providing ideal moisture for both dry and exuding wounds. However, in the absence of functionalization, they do not present antimicrobial activity, which restricts, at least partially, the spectrum of use. Thus, BC functionalization strategies with molecules that have pharmacological properties (e.g., antimicrobial activity), both through physical interactions and chemical bonds, have been tested. Rhamnolipids (RL) are natural glycolipid biosurfactants with high surface-active, biodegradable performance and which also have healing and antimicrobial activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria, fungi and yeasts. Within this context, the objective of this work was to develop two prototypes: (i) a benchtop bioreactor for the production of rhamnolipids by static fermentation on bacterial cellulose membrane support and (ii) a biocompatible and biofunctional dressing with the incorporation of rhamnolipids into the membrane. of bacterial cellulose (BC-RL). The rhamnolipid production experiments, by the benchtop bioreactor prototype developed, suggested a potential for scaling up both by stacking and by increments in the diameter of the “culture units”. Additionally, the results indicated that there was no need for a forced aeration system and the use of aqueous extract of corn cake promoted a 4-fold increase in production. The dressing prototype (BC-RL) was submitted to Fourier transform infrared spectroscopy analysis, which indicated the presence of a rhamnolipid structure, with rhamnose rings and long hydrocarbon chains. Scanning electron microscopy analyzes showed that the incorporation of rhamnolipids into the membranes did not change the structure of the nanofiber network, while thermogravimetric analyzes indicated that their presence did not affect the thermal stability of the membranes. Cell culture analyzes showed that epithelial cells adhered, grew and proliferated on the membrane with the biosurfactant, suggesting the absence of cytotoxic effect of the modified membranes. In vivo analyses, of the therapeutic effect of the dressing prototype, were analyzed in the surgical routine of the Veterinary Hospital of UEL, showed good tissue granulation, absence of infection and rapid healing. Thus, the two prototypes were successfully produced. The present work reportes the development of a bench scale of static-fermentation bioreactor-prototype, with potential of scalability - in a simple and cost effective process; and an alternative biomaterial for the biomedical field (BC-RL), obtained from natural sources, biocompatible and potentially curative for contaminated wounds
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18040
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Bioquímica e Biotecnologia
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia
dc.subjectCelulose bacteriana
dc.subjectRamnolipídeos
dc.subjectBiomateriais
dc.subjectBiomédica
dc.subjectBiorreator
dc.subjectBiomoléculas
dc.subjectBiopolímeros
dc.subjectBiotecnologia
dc.subject.capesCiências Biológicas - Bioquímica
dc.subject.cnpqCiências Biológicas - Bioquímica
dc.subject.keywordsBacterial cellulose
dc.subject.keywordsrhamnolipids
dc.subject.keywordsBiomaterial
dc.subject.keywordsBiomedical application
dc.subject.keywordsBioreactor
dc.titleRamnolipídeos: desenvolvimento de biorreator e funcionalização de biocurativo de celulose bacteriana
dc.title.alternativeRhamnolipids: development of a bioreactor and functionalization of bacterial cellulose biodressing
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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