Fotoestabilidad de porfirinas catiónicas en terapia fotodinámica

FABRIZIO POLITANO; M. ELISA MILANESIO; EDGARDO N. DURANTINI

Lanús - Buenos Aires

Congreso; XXVIII Congreso Argentino de Química - 4º Workshop de Química Medicinal; 2010

Asociación Química Argentina - Universidad Nacional de Lanús

Introducción Las estructuras moleculares derivadas de porfirinas presentan aplicaciones biomédicas en el tratamiento de tejidos neoplásicos mediante terapia fotodinámica (PDT) [1]. Sin embargo, los agentes fototerapéuticos pueden descomponerse por la irradiación con luz visible [2]. Estas modificaciones se clasifican en dos tipos de fotoprocesos irreversibles, los cuales conducen a cambios químicos en el cromóforo: i) la fotomodificación con pérdida de absorción o fluorescencia pero manteniendo la unidad del cromóforo modificada y ii) la fotodescomposición verdadera con cambios químicos que conducen a fragmentos más pequeños, los cuales no absorben en la región visible. La fotoestabilidad de las moléculas utilizadas como sensibilizadores en PDT puede ser una ventaja o una desventaja [3]. Si el agente se decolora muy rápidamente la destrucción celular puede que no ocurra completamente. Sin embargo, una descomposición lenta del sensibilizador puede ser conveniente para favorecer la eliminación del agente una vez realizado el proceso de fotoinactivación. El mecanismo por el cual ocurre la fotodegradación puede ser complejo y en condiciones aeróbicas involucra deferentes especies reactivas de oxígeno. Además, los resultados pueden diferir en solución con respecto a los que tienen lugar en los sistemas biológicos, donde la complejidad del medio aporta numerosos sustratos capaces de reaccionar con el estado excitado del sensibilizador. El beneficio que podría aportar la fotodescomposición es evitar un efecto residual prolongado en tejidos normales susceptibles a la actividad fotodinámica remanente con posterioridad al tratamiento. Resultados En este trabajo se estudiaron las propiedades espectroscópicas y la fotoestabilidad de tres porfirinas catiónicas, las cuales representan agentes fototerapéuticos establecidos para PDT. En estas porfirinas las cargas positivas están localizadas directamente sobre el anillo piridínico (TMPyP4+), en el nitrógeno anilínico (TMAP4+) o espaciadas por una cadena alifática desde el macrociclo tetrapirrólico (TAPP4+). Los espectros de absorción de las porfirinas catiónicas se analizaron en agua y en DMF. Los espectros muestran las bandas típicas Soret (~420 nm) y Q (~515, 550, 592, 650 nm), características de los derivados de porfirina como base libre. En agua, los espectros de TMAP4+ y TMPyP4+ son similares a los obtenidos en el solvente orgánico, con un pico agudo y definido en la banda Soret. Sin embargo, para TAPP4+ se observa un ensanchamiento de la banda Soret, indicando que ocurre una agregación parcial en el medio acuoso. Los espectros de emisión de fluorescencia en el estado estacionario de las porfirinas catiónicas presentan dos bandas (~655 y 715 nm) en la región roja del espectro, las cuales fueron asignadas a transiciones Q(0-0) y Q(0-1). La fotodescomposición de las porfirinas catiónicas se estudio en agua y DMF, utilizando luz visible en condiciones similares a las empleadas para la fotoinactivación celular [4]. La pérdida de actividad de los sensibilizadores se determinó siguiendo la disminución en la absorción de la banda Soret y en la intensidad de fluorescencia de la porfirina. En los tres casos, la desaparición de la bandas Soret no está acompañada por la formación de una nueva banda en región visible. Tampoco por la aparición de una nueva banda de emisión de fluorescencia. La reacción de fotodescomposición sigue una cinética de primer orden. Un comportamiento similar se observó para todas las porfirinas estudiadas. Los valores de la constante de velocidad observada (kobs) fueron dependientes del sensibilizador y del medio en el cual se encuentran disueltos. Tabla 1. Parámetros cinéticos para la fotodescomposición de porfirinas kobs (s-1) Solvente Porfirina Emisión Absorción Relación (kobs Em/kobs Abs) TAPP4+ 1,74x10-3 7,19x10-4 2,41 Agua TMAP4+ 8,58x10-4 7,36x10-4 1,17 TMPyP4+ 3,71x10-4 2,83x10-4 1,31 TAPP4+ 1,17x10-4 8,01x10-5 1,47 DMF TMAP4+ 9,44x10-5 6,31x10-5 1,50 TMPyP4+ 1,07x10-3 7,33x10-4 1,46 Para todos los casos estudiados la velocidad de fotodescomposición calculada a partir de los datos de fluorescencia fueron similares o mayores a los obtenidos monitoreando el decaimiento en la absorbancia. Para las porfirinas TMAP4+ y TMPyP4+ la relación entre kobs obtenidos por emisión con respecto a absorción presenta valores entre 1,2-1,3, mientras que para TAPP4+ cambia a 2,4. Esta diferencia en los valores de kobs fue atribuida a la fotodescomposición preferencial de las formas monoméricas, las cuales son más fotolábiles en comparación con los agregados de porfirinas [5]. Dentro de los sensibilizadores evaluados se encontró una mayor diferencia en la relación (kobs Em/kobs Abs) para TAPP4+ en agua. Este efecto concuerda con los resultados espectroscópicos, los cuales muestran que TAPP4+ está parcialmente formando agregados en el medio acuoso. Por otro lado, en DMF la principal diferencia fue determinada para TMPyP4+, debido a que esta porfirina es menos soluble como monómero en un medio de menor polaridad. Conclusiones La fotodescomposición de las porfirinas estudiadas en agua siguen el orden: TAPP4+ > TMAP4+ > TMPyP4+, sin embargo estos valores cambian considerablemente en DMF (TMPyP4+ > TAPP4+ > TMAP4+). Estos resultados confirman que la fotodescomposición depende del microentorno y de las condiciones en que se encuentra solubilizado el agente fototerapéutico. La fotodescomposición autosensibilizada produce una reducción en la actividad del fotosensibilizador y puede usarse convenientemente para eliminar la fotosensibilidad en el lugar de tratamiento. Estos estudios permiten tener una estimación sobre la estabilidad de los diferentes sensibilizadores y optimizar las condiciones de tratamiento mediante PDT. Referencias 1. A. P. Castano, T. N. Demidova, M. R. Hamblin, Photodiag. Photodyn. Ther. 2004, 1, 279. 2. R. Bonnett, G. Martínez, Tetrahedron 2001, 57, 9513. 3. J. A. Lacey, D. Phillips, Photochem. Photobiol. Sce. 2002, 1, 120. 4. D. A. Caminos, E. N. Durantini, Bioorg. Med. Chem. 2006, 14, 4253. 5. L. Bezdetnaya, N. Zeghari, I. Belitchenko, M. Barberi-Heyob, J.-L. Merlin, A. Potapenko, F. Guillemin, Photochem. Photobiol. 1996, 64, 382.