Sintesis y propiedades fotodinamicas de fullerenos C60 como agentes fototerapeuticos

Abstract

La "edad de oro" de la terapia antimicrobiana comenzó con el descubrimiento de losantibióticos. Sin embargo el uso generalizado de agentes antimicrobianos produjo elaumento de resistencia a los antibióticos por parte de bacterias y otros microorganismosinfecciosos. Así, la inactivación fotodinámica (PDI) se ha convertido en una estrategiaemergente para el tratamiento de microorganismos patógenos. Con el fin de evaluarloscomo fotosensibilizadores para PDI, se sintetizaron cuatro derivados del fullereno C60(MPC60, DPC602+, MMC60 y DMC603+). Estos compuestos absorben principalmente en laregión ultravioleta. Estudios cinéticos con distintos sustratos indican que produceneficientemente especies reactivas de oxígeno (ROS) por ambos mecanismos fotodinámicos(Tipo I y Tipo II). Estudios in vitro de PDI con la bacteria Gram positiva Staphyloccocusaureus indicaron que los fullerenos catiónicos son más eficientes, produciendo ambosfotosensibilizadores una PDI de 99.99% con una concentración de 0,5 ?M, luego de 30min de irradiación. Con la bacteria Gram negativa Escherichia coli sólo DMC603+ mostrófotoinactivación, con un 99,97% de eficacia a 1 ?M y 30 min de irradiación. Por lo tanto,DMC603+ es una molécula muy efectiva para la PDI de bacterias Gram positivas y Gramnegativas. Además la PDI puede potenciarse relevantemente con ioduro de potasio (KI) Por otro lado, para disminuir la desventaja principal del C60 como fotosensibilizadorrelacionada a sus bajas absorciones en el visible, se propuso el diseño de díadasconformadas por una antena captadora de luz y dadora de energía unida al C60. Comoantenas se propusieron fluoróforos derivados del BODIPY. Se realizó la síntesis de dosBODIPYs (BDP2 y BDP4). Éstos presentan una importante absorción en la región verdedel espectro. En la emisión se observó una disparidad en las intensidades debido a lasdiferencias estructurales. Se evidenció una baja producción de oxígeno singlete (O2(1?g)),y una contribución del mecanismo tipo I. Las propiedades fotodinámicas se estudiaron enpresencia de KI. Se observó un aumento del entrecruzamiento de sistemas (ISC) por efectode átomo pesado externo, que incrementa la producción de ROS y genera especiesreactivas de iodo. Ambos BODIPYs inactivan eficientemente S. aureus, alcanzando unaPDI completa con una concentración de 1 ?M y 5 min de irradiación. En E. coli, seencontró una mayor inactivación con 5 ?M de BDP4. En presencia de I- se potenciósustancialmente la PDI de ambos BODIPYs, alcanzando una eficiencia total para BDP2 yBDP4. De esta manera, se comprobó que tales BODIPYs pueden utilizarse dualmentecomo agentes teranósticos, ya sea como fluoróforos para imágenes de diagnóstico celular ycomo fotosensibilizadores combinados con KI para PDI Finalmente se sintetizaron dos díadas (BDP-C60 y BDP-C602+), utilizando comoantenas a BDP2 y su precursor sin metilar (BDP1). Los espectros de absorción son unacombinación lineal de los espectros de las estructuras individuales. Ambas estructuras,muestran una emisión muy débil, lo que revela una desactivación importante del estadoexcitado singlete del BODIPY por parte del C60. La espectroscopía de especies transitoriasdemuestra un preponderante proceso fotoinducido de transferencia de energía (PET) entolueno, y la aparición de un proceso de transferencia de electrones (PeT) en un mediomás polar de dimetilformamida (DMF). Los estudios de fotooxidación mostraron unamayor producción de ROS para BDP-C60 y BDP-C602+ en comparación a las unidadesestructurales. Los ensayos de PDI indicaron que la díada catiónica es un fotosensibilizadormás efectivo para la fotoinactivación de S. aureus, presentando una inactivación de99,999% con una concentración de 5 ?M y 30 min de irradiación con luz visible,mostrando contribución de ambos mecanismos fotodinámicos. Los resultados obtenidospara las díadas de BODIPY-C60 demuestran que estos nuevos diseños estructurales puedenpotenciar la acción fotodinámica del fullereno C60 por efecto antena, optimizando la PDIen sitios donde se requiera de mayor penetración de la luz.