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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2015.tde-29062015-153459
Documento
Autor
Nome completo
Joyce Laura da Silva Gonçalves
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Imasato, Hidetake (Presidente)
Pereira Filho, Edenir Rodrigues
Ribeiro, Martha Simões
Leitão, Andrei
Ribeiro, Anderson Orzari
Título em português
Caracterização físico-química e fotodinâmica de fotossensibilizadores: efeito da modificação química para aumentar a solubilidade em meio aquoso
Palavras-chave em português
fotossensibilizador
hidrossolubilidade e planejamento fatorial
Resumo em português
A hidrofobicidade e a estrutura planar do orbital π estendido de fotossensibilizadores do tipo clorina e hipericina podem favorecer a agregação destes compostos em meio aquoso. Esta agregação pode reduzir a eficiência fotodinâmica e a aplicabilidade destes compostos em diagnósticos e na Terapia fotodinâmica. Uma estratégia para minimizar esta limitação é a modificação destas moléculas pela inserção de grupos hidrofílicos. Neste trabalho foram utilizadas técnicas espectroscópicas para caracterizar as propriedades físico-químicas e fotodinâmicas de derivados de clorina (CHL), e hipericina (HY) obtidos por meio de inserções dos grupos hidrofílicos trizma e glucamina, respectivamente: Clorina-Trizma (CHL-T) e Hipericina Glucamina (HY-G). Os resultados mostraram que estas modificações estruturais aumentaram em até 20% a solubilidade destes compostos em meio aquoso. No entanto, devido à solubilidade parcial dos fotossensibilizadores na ausência de cargas elétricas foram identificados agregados do tipo H em meio ácido, neutro e na presença de íons em solução aquosa. Tais agregados foram solubilizados em meio alcalino e por microambientes micelares dos surfactantes CTAB, SDS e Tween 20. Os agregados do tipo H acarretaram ainda na redução da constante de velocidade de fotobranqueamento e da formação de oxigênio singleto dos fotossensibilizadores em meio aquoso. Contudo, as clorinas foram cerca de 15 vezes mais eficientes do que a hipericinas na geração deste radical citotóxico. A análise sistemática do potencial fotodinâmico dos fotossensibilizadores em células VERO e HUVEC (não tumorais) e HEp-2 (tumoral) foi realizada por meio de um planejamento fatorial combinando-se a concentração, tempo de acumulação do fotossensibilizador no interior da célula e a dose de luz. Esta análise mostrou que o tempo de acumulação do fotossensibilizador é um parâmetro significante para se erradicar seletivamente as células cancerígenas. Ao contrário das células não tumorais, nas células HEp-2 a quantidade de fotossensibilizador acumulado foi proporcional à lipoficilidade dos fotossensibilizadores. A análise quimiométrica resultou ainda em um modelo matemático para a estimativa dos valores da concentração inibitória média que foi validada por meio de comparação estatística com os valores experimentais determinados para os fotossensibilizadores. As hipericinas foram mais fototóxicas para as células tumorais do que as clorinas. Nas células não tumorais os derivados foram menos citotóxicos, sugerindo o uso destes compostos para a inativação seletiva de células tumorais. Todas essas características permitem que os compostos sejam empregados como fotossensibilizadores em diagnósticos e tratamentos fotodinâmicos.
Título em inglês
Physical-Chemistry and photodynamic characterization of photosensitizers: effect of chemical modification to increase the solubility in aqueous medium
Palavras-chave em inglês
photosensitizer
water solubility and factorial design
Resumo em inglês
The hydrophobicity and planar structure of π extended orbital of photosensitizers like chlorine and hypericin may favor the aggregation of these compounds in aqueous medium. This aggregation can reduce their photodynamic efficiency and applicability in Photodynamic Therapy and diagnosis. A strategy to minimize this limitation is the modification of these molecules by the inclusion of hydrophilic groups. In this study spectroscopic techniques were used to characterize the physical-chemistry and photodynamic properties of chlorin (CHL) and hypericin (HY) derivatives obtained by insertion of trizma glucamine and hydrophilic groups, respectively: Trizma-Chlorin (CHL-T) and glucamine Hypericin (HY-G). The results showed that these structural modifications increased by 20% the solubility of these compounds in an aqueous medium. However, due to partial solubility of the photosensitizers in electric charges absence, H-aggregates were found in acid, neutral and ions presence in aqueous solution. These aggregates were solubilized by alkaline medium and micelar microenvironments of CTAB, SDS and Tween 20. H-aggregates were also responsible for the minor photobleaching rate constant and singlet oxygen formation by photosensitizers in an aqueous medium. Although, chlorins were about 15 times more efficient than hypericins on the singlet oxygen generation. The systematic analysis of photosensitizers photodynamic potential in Vero and HUVEC (non-tumor cells) and HEp-2 (tumor cells) was done using a factorial design combining the concentration of the photosensitizer, accumulation time of it into the cell and light doses. This analysis showed that the photosensitizer accumulation time is a significant parameter to eradicate selectively tumor cells. In contrast to non-tumor cells, in HEp-2 cells the accumulation rate was proportional of the lipophylicity of photosensitizer. The chemometric analysis resulted also in a mathematical model to estimate the half inhibitory concentration values. It had been statistical validated by comparing the experimental values determined for the photosensitizers. The hypericins have been more phototoxic to tumor cells than chlorines. In non-tumor cells derivatives were more cytotoxic than original compounds suggesting the use of these compounds for the selective inactivation of tumor cells. All these characteristics allow the use of these compounds as photosensitizers in photodynamic diagnostics and treatments.
 
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Data de Publicação
2015-07-06
 
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