Estudos físico-químicos do corante rosa de bengala B e seus derivados ésteres visando aplicações fotodinâmicas

Autor: Pereira, Paulo Cesar de Souza
Přispěvatelé: Wilker Caetano, Noboru Hioka - DQI/UEM, Christiane Philippini Ferreira Borges - UEPG
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2013
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
Universidade Estadual de Maringá (UEM)
instacron:UEM
Popis: Photodynamic therapy (PDT) and photodynamic inactivation of microorganisms (PDIMO) are clinical modalities that are based on the excitation of a photosensitizer compound with light in the visible region of the electromagnetic spectrum, to generate cytotoxic chemical species, among which stands out the oxygen singlet (1O2). The xanthene dye Rose Bengal B (RBB) is one of known compounds with a higher quantum yield of singlet oxygen generation. However, his character preferably hydrophilic not favor their interaction with biomembranes, a main target sites of action of PDT and PDIMO. The present study evaluated the physico-chemical and photo-physical properties of the RBB and some of its derivatives esters. The modification on the molecular structure of RBB was made by insertion of alkyl chains of different sizes in order to make derivatives more hydrophobic and thus increase its affinity for membrane model systems formed by micelles. Beyond to the RBB were evaluated RBB methyl ester (RBBMET) RBB butyl ester (RBBBUT) and RBB decyl ester (RBBDEC) in aqueous environment and anionic (SDS), nonionic (P-123), and cationic (CTAB) micelles. Were evaluated the hydrophilichydrophobic balance, the acid-base equilibrium, binding parameters and location in micellar environments. The photo-physical properties such as quantum yields of the fluorescence and singlet oxygen, as well as the photo-activity in the inactivation of microorganisms were also measured. Synthesis of ester derivatives of RBB were relatively simple and reproducible, with high yields of purified product. The determination of pKa values for the protolytic equilibriums of the RBB showed a complex task due to the coexistence of tautomeric equilibrium checked in xantênicos dyes. However, the use of multivariate chemometric methodology with data associated and compared with the pKa of the ester derivatives made possible the identification and assignment of RBB pKa values. An effect of reversing pKa between phenol and carboxylic acid groups was detected when the RBB was allocated in the hydrophobic core of the micelles. The hydrophobicity of the dyes was evaluated by measuring its partition coefficient between the 1-octanol/water system. It was observed that the hydrophilic/hydrophobic balance of ester derivatives is modulated by the amount of carbons that comprise the alkyl chain, and a greater number of the methylene units results in increased hydrophobicity of dyes, favoring their primary interaction with biological membranes. The micellar environments evaluated influence on the absorption and emission spectra of dyes, with verification of displacements to the red (bathochromic shift). These changes are attributed to differences in polarity between the microenvironment inside the micelle and the aqueous solution. Binding dye-micelle constants were modulated by the hydrophobicity of the dyes as well as by the charge of the polar head groups of the surfactant molecules. The relative depth of location was determined by fluorescence quenching, which confirmed the influence of the hydrophobicity and charge of the dyes and micelles. The order of the binding constant values was RBBDEC > RBBBUT > RBBMET > RBB for all micelles, and CTAB > P -123 > SDS for all dyes. The values of fluorescence quantum yields are relatively small and have slightly increased when the dye is encapsulated. The values of the quantum yields of singlet oxygen formation inside of the micelles are high and similar to each other, independently of the dye or surfactant system evaluated. Assays with cultures of bacteria S. aureus showed which all evaluated dyes have activity against microorganism by photo-inactivation, and so are candidates to photosensitizer drugs for use in photodynamic therapy (PDT) and photodynamic inactivation of micro -organisms (PDIMO). Terapia fotodinâmica (TFD) e inativação fotodinâmica de microorganismos (IFDMO) são modalidades clínicas que se baseiam na excitação de um composto fotossensibilizador com luz, na região visível do espectro eletromagnético, para a geração de espécies químicas citotóxicas, dentre as quais se destaca o oxigênio singlete (1O2). O corante xantênico Rosa de Bengala B (RBB) é um dos compostos conhecidos com maior rendimento quântico de geração de oxigênio singlete. No entanto, seu caráter, preferencialmente, hidrofílico não favorece sua interação com biomembranas, um dos principais sítios alvo de atuação da TFD e IFDMO. No presente estudo foram avaliadas as propriedades físico-químicas e foto-físicas da RBB bem como alguns de seus derivados ésteres. A modificação da estrutura molecular da RBB foi feita pela inserção de cadeias alquílicas de diferentes tamanhos com o objetivo de tornar os derivados mais hidrofóbicos e dessa forma aumentar sua afinidade por sistemas modelo de membrana, formados por micelas. Além da RBB foram avaliadas a RBB metil éster (RBBMET), RBB butil éster (RBBBUT) e RBB decil éster (RBBDEC) em ambiente aquoso e em micelas aniônicas (SDS), não iônicas (P-123) e catiônicas (CTAB). Foram avaliados o balanço hidrofílico- hidrofóbico, os equilíbrios ácido-base, os parâmetros de ligação e localização nos ambientes micelares, as propriedades fotofísicas como o rendimento quântico de fluorescência e de oxigênio singlete; e também a foto-atividade na inativação de microorganismos. As sínteses dos derivados ésteres da RBB foram relativamente simples e reprodutíveis, com elevados rendimentos do produto puro. A determinação dos valores de pKa relativos aos equilíbrios protolíticos da RBB mostrou-se uma tarefa complexa em virtude da coexistência de equilíbrios tautoméricos verificados nos corantes xantênicos. Entretanto, a utilização de metodologia quimiométrica com análise multivariada de dados, associada à comparação com os valores de pKa dos derivados ésteres tornou possível a identificação e atribuição dos valores de pKa da RBB. Um efeito de inversão de pKa entre os grupos fenol e carboxílico foi detectado quando a RBB está alocada no núcleo hidrofóbico das micelas. A hidrofobicidade dos corantes foi avaliada mediante a medida de seu coeficiente de partição entre o sistema 1-octanol/água. Observou-se que o balanço hidrofílico/hidrofóbico dos derivados ésteres é modulada pela quantidade de carbonos que compõem a cadeia alquílica, sendo que o um maior número de unidades metilênicas resulta no aumento da hidrofobicidade dos corantes, favorecendo sua interação primária com biomembranas. Os ambientes micelares avaliados exercem influência sobre os espectros de absorção e emissão dos corantes, com a verificação de deslocamentos para o vermelho (batocrômico). Essas mudanças são atribuídas às diferenças de polaridade entre o interior da micela e a solução aquosa. As constantes de ligação (corante-micela) foram moduladas pela hidrofobicidade dos corantes bem como pela carga dos grupos cabeça polar das moléculas de surfactantes. A profundidade relativa de alocação foi determinados por supressão de fluorescência, confirmando a influência da hidrofobicidade e das cargas dos corantes e micelas. A ordem das constantes de ligação foi RBBDEC > RBBBUT > RBBMET > RBB em todas as micelas e CTAB > P-123 > SDS para todos os corantes. Os valores de rendimentos quânticos de fluorescência foram relativamente pequenos e apresentam um ligeiro aumento quando o corante se encontra encapsulado. Os rendimentos quânticos de formação de oxigênio singlete nas micelas são elevados e similares entre si, independente do corante ou do sistema surfactante avaliado. Os ensaios sobre culturas de bactérias S. aureus mostraram que todos os corantes avaliados apresentam atividade foto-microbicida na inativação de microorganismos; e assim, são candidatos a fármacos fotossensibilizadores para aplicação em terapia fotodinâmica (TFD) e inativação fotodinâmica de micro-organismos (IFDMO) . 155 f
Databáze: OpenAIRE
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