Please use this identifier to cite or link to this item: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3228
metadata.dc.type: Tese
Title: Desenvolvimento de biossensores eletroquímicos visando a detecção de biomarcadores relacionados ao carcinoma de córtex adrenal pediátrico e à doença de Alzheimer
metadata.dc.creator: Lima, Dhésmon
metadata.dc.contributor.advisor1: Pessôa, Christiana Andrade
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Inaba, Juliana
metadata.dc.contributor.referee1: Rinaldi, Andrelson Wellington
metadata.dc.contributor.referee2: Bergamini, Márcio Fernando
metadata.dc.contributor.referee3: Castro, Eryza Guimarães de
metadata.dc.contributor.referee4: Paula, Josiane de Fátima Padilha de
metadata.dc.description.resumo: A presente tese descreve a preparação, caracterização e potenciais aplicações de biossensores eletroquímicos à base de materiais carbonáceos e inorgânicos. Imunossensores baseados em nanopartículas de ouro funcionalizadas com L-arginina (AuNPs-ARG) foram aplicados na detecção label-free do hormônio sulfato de dehidroepiandrosterona (DHEAS), um biomarcador de carcinoma de córtex adrenal (CCA). O CCA é uma neoplasia rara e de natureza agressiva, caracterizada pela superprodução de DHEAS, e cujos casos pediátricos ocorrem na região Sul do Brasil em níveis acima da média mundial. A plataforma foi construída a partir da modificação de eletrodos de carbono vítreo oxidados com as AuNPs-ARG, e subsequente ligação de anticorpos monoclonais IgM anti-DHEA. As AuNPs-ARG foram obtidas por redução do complexo [AuCl4]- com D-glucose na presença de ARG, e caracterizadas por espectroscopia UV-VIS, FTIR, MET, DLS, potencial zeta e DRX. Os imunossensores foram caracterizados por voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), e sua construção foi otimizada por meio de planejamentos fatoriais e metodologia de superfície de resposta. A detecção de DHEAS foi realizada por EIE, a partir da variação percentual da resistência à transferência de carga (ΔRct) relativa ao marcador eletroquímico [Fe(CN)6]3-/4-, após imunoensaios na presença do hormônio. Uma relação linear entre a ΔRct e a concentração de DHEAS foi verificada na faixa de 10,0 a 110,0 μg dL-1, com um limite de detecção igual a 7,4 μg dL-1. Além da boa sensibilidade, o imunossensor apresentou exatidão, especificidade e estabilidade durante o período de um mês. O dispositivo foi eficazmente aplicado na análise de amostras de plasma de pacientes, fornecendo resultados equivalentes ao método de quimioluminescência (p > 0,05). Além dos imunossensores descritos, biossensores baseados em eletrodos de ouro (AuE) modificados com sequências de DNA foram desenvolvidos para a detecção de eventos de interação com três isoformas de apolipoproteína E (ApoE2, ApoE3 e ApoE4), as quais relacionam-se com o desenvolvimento da doença de Alzheimer (DAlz) em pacientes idosos. Os oligonucleotídeos empregados consistiram nas sequências promotoras denominadas CLEAR (associada com a expressão de proteínas envolvidas em processos de autofagia celular) e SIRT1 (relacionada com a expressão da proteína neuroprotetora sirtuína-1 (Sirt1)), e foram separadamente imobilizados sobre o AuE na forma de monocamadas auto-organizadas mistas com 6-mercaptohexanol. A interação de tais promotores sobretudo com a ApoE4 tem sido apontada como um dos eventos que pode contribuir para o desenvolvimento da DAlz, a partir de falhas em mecanismos celulares autofágicos e na expressão da proteína Sirt1, favorecendo a deposição cerebral de agregados proteicos tóxicos que levam progressivamente à demência, como placas senis do peptídeo β-amiloide e emaranhados neurofibrilares de formas hiperfosforiladas da proteína tau. Os biossensores foram caracterizados por voltametria de pulso diferencial (VPD), VC, EIE e cronocoulometria, na presença do marcador redox [Ru(NH3)6]3+. As interações dos oligonucleotídeos com as isoformas de ApoE foram avaliadas por VPD e EIE, a partir de variações percentuais na corrente de pico catódico e na Rct após incubação dos biossensores na presença de cada isoforma. Verificou-se que a sequência SIRT1 apresentou uma maior afinidade com a ApoE4 em comparação à ApoE2 e ApoE3, enquanto que a sequência CLEAR interagiu especificamente com a ApoE4, comprovando possíveis efeitos repressores desta isoforma na expressão de proteínas envolvidas em mecanismos celulares neuroprotetores, o que pode favorecer o início da DAlz. Assim, os resultados obtidos na presente tese evidenciaram aplicações promissoras dos biossensores desenvolvidos como ferramentas para diagnóstico clínico de ACC e para a avaliação de interações proteína-DNA envolvidas na DAlz.
Abstract: The present thesis describes the preparation, characterization and potential applications of electrochemical biosensors based on carbonaceous and inorganic materials. Immunosensors based on L-arginine-functionalized gold nanoparticles (AuNPs-ARG) were applied in the label-free detection of dehydroepiandrosterone sulfate (DHEAS), a biomarker of adrenocortical carcinoma (ACC). ACC is a rare and aggressive malignancy which is characterized by the overproduction of DHEAS, and whose incidence among children from Southern Brazil is above the global average. The sensing platform was prepared by modifying oxidized glassy carbon electrodes with AuNPs-ARG, and the subsequent attachment of IgM anti-DHEA monoclonal antibodies. AuNPs-ARG were obtained by the reduction of [AuCl4]- precursor complex with D-glucose in the presence of ARG, and characterized by UV-VIS and FTIR spectroscopies, TEM, DLS, zeta potential determination and XRD. The immunosensors were characterized by using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and their construction was optimized by factorial design and response surface methodology. DHEAS detection was performed by using EIS, considering the percentage variation in charge transfer resistance parameter (ΔRct) relative to the [Fe(CN)6]3-/4- redox marker, after immunoassays in the presence of the hormone. A linear relationship between ΔRct and DHEAS concentration was verified in the range of 10.0 to 110.0 μg dL-1, with a detection limit of 7.4 μg dL-1. Besides the good sensitivity, the developed immunosensor showed accuracy, specificity and stability for one month. The proposed device was successfully applied in the analysis of real patient plasma samples, with results that were comparable to the reference chemiluminescence assay (p > 0.05). Besides the presented immunosensors, biosensors based on gold electrodes (AuE) modified with DNA sequences were developed aiming the detection of interaction events with three apolipoprotein E isoforms (ApoE2, ApoE3, and ApoE4), which are related to the occurrence of late-onset Alzheimer’s disease (AlzD) in the elderly. The employed oligonucleotides consisted of two thiolated promoter sequences, named CLEAR (associated to the expression of proteins involved in cellular autophagy processes) and SIRT1 (related to the expression of the neuroprotective protein sirtuin-1 (Sirt1)), which were separately immobilized on the AuE as mixed self-assembled monolayers with 6-mercaptohexanol. The interaction of such promoters with ApoE4 has been considered one of the events that can contribute to the occurrence of AlzD, as a result of failures in cellular autophagic mechanisms and in the expression of Sirt1 protein, which favors the brain accumulation of toxic protein aggregates that progressively lead to dementia, such as senile plaques of amyloid-β peptide and neurofibrillary tangles of hyperphosphorylated forms of tau protein. The biosensors were characterized by using differential pulse voltammetry (DPV), CV, EIS and cronocoulometry, in the presence of [Ru(NH3)6]3+ redox marker. The interactions of ApoE isoforms with the immobilized oligonucleotides were evaluated by DPV and EIS, considering the percentage variations in the cathodic peak current and in the Rct parameter after incubating the biosensors in the presence of each ApoE isoform. It was verified that SIRT1 sequence showed a greater affinity to ApoE4 compared to ApoE2 and ApoE3, whereas CLEAR oligonucleotide interacted specifically to ApoE4. These behaviors suggested the existence of possible repressive effects of this isoform on the expression of proteins involved in cellular neuroprotective mechanisms, which can favor the onset of AlzD. Hence, the results obtained in the present thesis evidenced promising applications of the developed devices as efficient tools for clinical diagnosis of ACC and for the evaluation of protein-DNA interactions involved AlzD.
Keywords: imunossensor
biossensor de DNA
nanopartículas de ouro
carcinoma de córtex adrenal
doença de Alzheimer
immunosensor
DNA biossensor
gold nanoparticles
adrenocortical carcinoma
Alzheimer’s disease
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Química
metadata.dc.publisher.program: Programa Associado de Pós-Graduação em Química - Doutorado
Citation: LIMA, Dhésmon. Desenvolvimento de biossensores eletroquímicos visando a detecção de biomarcadores relacionados ao carcinoma de córtex adrenal pediátrico e à doença de Alzheimer. 2020. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2020.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3228
Issue Date: 6-Apr-2020
Appears in Collections:Programa Associado de Pós-Graduação em Química - Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dhésmon Lima.pdftese completa em pdf3.55 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons