O câncer de mama apresenta altas taxas de incidência e mortalidade, sendo a neoplasia mais comum entre as mulheres. O rápido crescimento do tumor resulta em hipóxia no microambiente tumoral, levando a uma cascata de eventos que induzem a angiogênese e conseqüente progressão do câncer. Assim, a identificação de agentes terapêuticos que possam inibir a angiogênese é essencial para o controle da progressão tumoral. Nesse sentido, tem sido demonstrado que a administração exógena da melatonina, um hormônio naturalmente secretado pela glândula pineal, apresenta diversos efeitos oncostáticos em diferentes tipos de câncer. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar a efetividade do tratamento com melatonina sobre a angiogênese do câncer de mama, em estudos in vitro e in vivo. No estudo in vitro, as linhagens de câncer de mama MCF-7 e MDA-MB-231 foram tratadas com melatonina sob condições de hipóxia mimetizadas pelo Cloreto de Cobalto (CoCl2). A viabilidade celular foi verificada pelo ensaio MTT, a expressão do fator de transcrição induzido por hipóxia (HIF-1a) e do fator de crescimento endotelial vascular (VEGF-A) foi avaliada por PCR em tempo real e imunocitoquímica. Além disso, demais proteínas envolvidas na angiogênese foram avaliadas por Protein Array. No estudo in vivo, as células MDA-MB-231 foram implantadas em camundongos nude atímicos, os quais foram tratados com melatonina (40 mg/kg) por 21 dias. O tumor foi medido semanalmente e a avaliação da angiogênese foi realizada pela técnica de tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT), com o radiotraçador Tc- 99m-HYNIC-VEGF-c, agente específico para os receptores de VEGF (VEGFR2/VEGF3). Além disso, as proteínas VEGFR2, VEGFR3, fator de fator de von Willebrand (vWF) e marcador de proliferação celular (Ki-67) foram avaliados no tecido tumoral por imuno-histoquímica, e demais proteínas angiogênicas por Protein Array. O estudo in vitro demonstrou que o tratamento com 1 mM de melatonina em condições de hipóxia (200 µM de CoCl2) levou a diminuição da viabilidade celular, bem como dos níveis protéicos de HIF-1a e da expressão gênica e proteica de VEGF-A nas duas linhagens avaliadas (p < 0.05). Entre as demais proteínas avaliadas, o tratamento com melatonina sob hipóxia levou a diminuição de VEGF-C, VEGFR2, VEGFR3, matriz metaloproteinase 9 (MMP-9) e Angiogenina em células MCF-7 (p < 0.05). Para linhagem MDA-MB- 231, foi observada redução significante para as proteínas VEGFR2, receptor do fator de crescimento epidermal (EGFR) e Angiogenina (p < 0.05). No estudo in vivo os camundongos tratados com melatonina apresentaram menor crescimento tumoral em relação aos animais controle (144,90 ± 38,38 mm3 vs 282,00 ± 88,53 mm3; p < 0,05). Além disso, um animal apresentou regressão do tumor durante o tratamento com melatonina (Dia 7 = 27,38 mm3; Dia 14 = 8,79 mm3; Dia 21 = 4,8 mm3). Pela técnica de SPECT foi possível detectar menor radioatividade de Tc- 99-HYNIC-VEGF-c e consequente expressão reduzida de VEGFR2/3 nos tumores tratados com melatonina (150,46 ± 17,06 % vs 183,55 ± 20,92 %) mas o nível de significância estatística não foi alcançado (p > 0,05). A diminuição de VEGFR2 nos tumores tratados com melatonina foi confirmada por imunohistoquímica (p < 0,05), assim como a redução da microdensidade vascular (vWF) e da proliferação celular (Ki-67) (p < 0,05). Não houve alteração na expressão das demais proteínas avaliadas, no entanto um aumento significante de EGFR e do fator de crescimento semelhante a insulina tipo 1 (IGF-I) foi observado nos tumores tratados com melatonina (p < 0.05). Dessa forma, conclui-se que a melatonina apresenta importante ação anti-angiogênica in vitro e in vivo, evidenciando sua potencial ação terapêutica no câncer de mama.