Nanoparticulas magneticas conjugadas con porfirina para la inactivacion fotodinamica de microorganismos

Abstract

La resistencia de los microorganismos a diferentes antimicrobianos ha aumentado considerablemente en los últimos años. Por lo tanto, es necesario desarrollar terapias alternativas para el control y tratamiento de enfermedades infecciosas. Así, la inactivación fotodinámica (PDI) ha sido propuesta como una estrategia emergente para la erradicación de patógenos. En este sentido, el uso de agentes fototerapéuticos inmovilizados en una matriz sólida permite la recuperación con posterioridad al tratamiento y una aplicación sustentable. En este trabajo de Tesis Doctoral se sintetizaron conjugados de derivados de porfirinas unidos a nanopartículas magnéticas. El núcleo magnético de Fe3O4 funcionalizado directamente con grupos amino (MNPNH2) resulta ser un soporte inadecuado para inmovilizar fotosensibilizadores (PSs) debido a la baja estabilidad. Sin embargo, este núcleo recubierto con una capa de sílica y luego funcionalizado con grupos amino (MNPSINH2) mostró ser un soporte estable. En primer lugar, se inmovilizó una porfirina aniónica (TCPP) sobre dichas nanopartículas. Mediante espectroscopía UV-visible se corrobora la unión del PS al soporte. Estudios cinéticos con distintos sustratos indican que TCPP inmovilizada produce eficientemente especies reactivas de oxígeno (ROS). Estudios in vitro de PDI con la levadura Candida albicans y las bacterias Staphyloccocus aureus (Gram positiva) y Escherichia coli (Gram negativa), muestran una considerable disminución de la viabilidad celular de los tres microorganismos. El resultado más interesante es que el conjugado es reciclable y reutilizable en la inactivación de microbios hasta, al menos, tres veces. Estos resultados motivaron la síntesis de nuevos PSs que adquieren cargas positivas en la periferia del macrociclo tetrapirrólico y de esta manera, se pueden obtener conjugados que interaccionan mejor con las células microbianas. Así, se diseñaron porfirinas con simetría A3B y ABAB, con carácter anfifílico sustituidas por grupos amino y perfluorofenilo. Dichos PSs muestran una importante actividad fotodinámica en solución Además, se observa elevada PDI de los microorganismos, siendo A3B el más eficiente. Por otro lado, estas porfirinas se inmovilizaron sobre MNPSINH2. Estudios cinéticos e in vitro muestran que el conjugado formado tiene buena actividad fotodinámica y una eficiente PDI de S. aureus Sin embargo, la principal desventaja de este procedimiento es el bajo rendimiento en la obtención de porfirinas asimétricamente sustituidas. Por lo tanto, se decidió trabajar con una porfirina perfluorada (F20TPP) con simetría A4, la cual se obtiene con mayor rendimiento. Este nuevo conjugado MNPSINH-F19TPP se modificó in situ para obtener grupos amino sobre la periferia del macrociclo. El conjugado MNPSIN+-F16TPP-N+, el cual contiene cargas positivas sobre los grupos amino de las nanopartículas y de las porfirinas, es el más eficiente en la PDI de microorganismos y además, puede ser reutilizado. Finalmente, la exploración del desarrollo de nuevas estructuras para anclar a las nanopartículas, lleva a la utilización de BODIPYs. Estas moléculas basadas en la mitad del macrociclo tetrapirrólico presentan un procesos de síntesis y purificación son más sencillos. A partir de un BODIPY fluorescente y otro con elevada actividad fotodinámica se diseñaron conjugados MNPSINH-BODIPYs. Así, fue posible obtener un conjugado que actúa como fluoróforo para la detección de infecciones y otro como agente fototerapéutico con elevada eficiencia para la erradicación fotodinámica de microorganismos.