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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2018.tde-22052018-093716
Documento
Autor
Nome completo
Flávio Vinícius Crizóstomo Kock
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Colnago, Luiz Alberto (Presidente)
Campana Filho, Sergio Paulo
Assis, Odilio Benedito Garrido de
Carlos, Rose Maria
Venâncio, Tiago
Título em português
Análise reaxométrica para compostos de coordenação contendo íons paramagnéticos em solução
Palavras-chave em português
complexos
paramagnetismo
relaxometria
RMN
Resumo em português

Neste trabalho analisou-se por ressonância magnética nuclear em baixa (RMN-BR) e em alta resolução (RMN-AR), compostos de coordenação contendo íons paramagnéticos em solução. Demonstrou-se que estas são importantes ferramentas para o estudo destas espécies em meio aquoso, visando aplicações tanto em química analítica quanto em química inorgânica e bioinorgânica. Os estudos iniciais foram realizados com o ligante EDTA (Y4-), clássico agente quelante, e seus complexos com os íons Cu2+, Fe3+ e Mn2+. Os resultados demonstraram que a RMN-BR (20 MHz para o 1H) torna-se uma eficiente alternativa à espectrofotometria, principalmente para o estudo de complexos que não absorvem radiação no visível, como por exemplo, o quelato [Mn-Y]2-. A relaxometria por RMN-BR também foi usada para estudar soluções de quitosana (Chi) e seus complexos com os mesmos íons paramagnéticos previamente abordados para o EDTA. Os resultados demonstraram a eficiência da relaxometria tanto para os estudos de agregação polimérica em função do pH quanto para os estudos de complexação. Foram também abordados complexos de sorbitol com íons Cu2+ tanto por relaxometria quanto por RMN-AR (600 MHz para o 1H). Neste caso, os resultados apresentaram uma alta complementariedade, permitindo inferir tanto acerca da troca de ligantes em solução e do pH ótimo para a complexação, quanto do surgimento de espécies macromoleculares com baixos coeficientes de autodifusão (D ≈ 1,58 x10-10 mm2.s-1) em meio alcalino (pH ≈ 12). Além do mais, foram avaliados novos complexos de Gd3+ com relevância biológica (agentes de contrastes), derivados do ligante AAZTA (6-amino-6-metilperhidro-1,4-diazepina). Os resultados demonstraram que as relaxividades paramagnéticas (r1p) foram de 7,44 mM-1.s-1 e 9,41 mM-1.s-1 para os derivados funcionalizados lateralmente com os ácidos propanoico e pentanoico, respectivamente, em comparação ao ligante precursor, 7,10 mM-1.s-1. Os estudos relaxométricos in vitro mostraram que estes novos derivados são menos susceptíveis à transmetalação com íons endógenos (Zn2+ e Ca2+), quando comparado ao AAZTA, possibilitando projetar o seu uso como agentes de contraste em tomografia por ressonância magnética (MRI). Aplicações relaxométricas in vivo foram realizadas utilizando o derivado contendo o ácido pentanoico conjugado ao peptídeo FibPep, apto a se ligar à proteína fibrina (presente em células tumorais). Os resultados demonstraram uma alta habilidade deste complexo para o assinalamento precoce e inequívoco do câncer de próstata (linhagem tumoral PC-3) em camundongos.

Título em inglês
Relaxometric analysis for coordination compounds contaning paramagnetic ions in solution
Palavras-chave em inglês
complexes
NMR
paramagnetism
relaxometry
Resumo em inglês

Low-resolution (LR) and high-resolution (HR) nuclear magnetic resonance (NMR) was used in this work for study coordination compounds containing paramagnetic ions in solution. It was demonstrated that these spectroscopies are important tools for the study of these species in aqueous medium, aiming applications in both, analytical chemistry and inorganic and bioinorganic chemistry. The initial studies were conducted using the EDTA (Y4-) ligand, classical complexant, and its chelate with the paramagnetic ions, among them Cu2+, Fe3+ and Mn2+. The results demonstrated that LR-NMR (20 MHz to 1H) becomes an efficient alternative to spectrophotometry, mainly for the study of complexes that do not absorb visible radiation, such as [Mn-Y]2- chelate. The LR-NMR relaxometry was also used to study chitosan (Chi) solutions and their complexes with the same paramagnetic ions previously discussed for EDTA. The results demonstrated the efficiency of the relaxometry for studies involving complexation and polymer aggregation as a function of the pH. Complexes of sorbitol with cupric ions were also addressed by relaxometry and HR-NMR (600 MHz to 1H). In this case, the results showed a high complementarity, allowing to infer about the ligand exchange and the optimum pH for the complexation reaction occurs. Besides, this study showed the appearance of species with low auto diffusion coefficients (D ≈ 1.58 x10-10 mm2.s-1) in alkaline mediums (pH ≈ 12), as consequence of the macromolecular character of this complex in this environment. In addition, new biologically relevant Gd3+ complexes (contrast agents) derived from AAZTA (6-amino-6-methylperhydro-1,4-diazepine) ligand were evaluated. The results demonstrated that the paramagnetic relaxivities (r1p) were 7.44 mM-1.s-1 and 9.41 mM-1.s-1 for derivatives laterally functionalized with propanoic and pentanoic acids, respectively, in comparison to precursor ligand, 7.10 mM-1.s-1. In vitro relaxometric studies demonstrated that these new derivatives are less susceptible to transmetallation reactions towards to endogenous ions (Zn2+ and Ca2+), in comparison to AAZTA (precursor ligand), becoming possible to design their use as contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI) tomography applications. In vivo studies were conducted using the pentanoic acid derivative conjugated to FibPep peptide, able to bind to fibrin protein (present in tumor cells). The results for this study demonstrated a high ability of this complex for the early and unequivocal signaling for prostate cancer (PC-3 tumoral cell line) in mice.

 
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Data de Publicação
2018-05-28
 
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