Síntese e caracterização de um fotossensibilizador catiônico derivado da Rosa de Bengala B visando aplicações fotodinâmicas

Abstract

O melanoma é uma neoplasia cutânea reconhecida por sua elevada agressividade, cuja incidência tem aumentado de forma expressiva nas últimas décadas. Embora avanços terapêuticos tenham contribuído para a ampliação da sobrevida dos pacientes, respostas clínicas completas e sustentadas permanecem incomuns nos estágios mais avançados e metastáticos da doença. Esse cenário tem despertado grande interesse na comunidade científica no desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas, visando maior eficácia, seletividade e redução dos efeitos adversos no paciente. A excitação de um corante fotossensibilizador (FS) com luz visível em um comprimento de onda adequado, na presença de oxigênio molecular, leva à formação de espécies citotóxicas (EROs), constituindo o princípio fotoquímico da terapia fotodinâmica (TFD). Apesar das numerosas vantagens que a TFD apresenta no tratamento de câncer atualmente a sua aplicação clínica ainda é pouco difundida. Na busca por novas moléculas fotossensibilizadoras passíveis de serem empregadas na TFD para o tratamento de câncer de pele do tipo melanoma, esta dissertação reporta a síntese, caracterização estrutural, avaliação das propriedades fotofísicas e aplicação in vitro de um novo derivado catiônico do corante xantênico Rosa de Bengala B, denominado RBB-GTMAC. A modificação da estrutura da RBB consistiu na inserção do grupo cloreto de triglicidilamônio (GTMAC), visando manter na estrutura uma carga positiva permanente capaz de interagir com componentes da membrana biológica e organelas específicas, como as mitocôndrias, facilitando assim a internalização do FS e a dispersão das EROs no ambiente intracelular. Verificou-se que a alteração estrutural não modificou os perfis de absorção eletrônica UV-Vis e de emissão de fluorescência da RBB, embora tenha ocorrido uma diminuição significativa do coeficiente de absorção molar em ambientes polares, possivelmente associado a formações de agregados. Além disso, a inserção do grupo GTMAC não alterou o balanço hidrofílico/hidrofóbico do FS. Investigações acerca das propriedades fotofísicas e fotodinâmicas da RBB-GTMAC evidenciaram menor fotoestabilidade do derivado, o que, garante a molécula menor fotossensibilidade prolongada. O rendimento quântico de fluorescência manteve-se baixo, característica desejável em processos fotodinâmicos, uma vez que os processos de desativação são competitivos entre si. A capacidade de formação de oxigênio singleto (1O2) foi confirmada empregando a sonda ácido úrico (AU) e laser verde (533 nm, 100 mW cm-2), sendo identificados modelos cinéticos de fotodegradação de primeira ordem. Dessa forma, os resultados revelam que a funcionalização não alterou as propriedades cromofóricas da molécula, mantendo as características intrínsecas e desejáveis da RBB. Nos ensaios biológicos in vitro contra células câncer de pele do tipo melanoma murino B16F10, a RBB-GTMAC apresentou-se atóxica até a concentração de 1x10-4 mol L-1. Na presença de luz branca (55,3 J cm-2), foi capaz de promover a inativação de cerca de 66% das células do tipo melanoma murino em uma única aplicação. Em resumo, o FS sintetizado, RBB-GTMAC, preservou as propriedades físico-químicas e fotodinâmicas da RBB, demonstrando potencial para estudos futuros de aplicações biológicas in vivo e potencial como possível fármaco para TFD.

Abstract: Melanoma is a cutaneous neoplasm recognized for its high aggressiveness, with an incidence that has increased significantly over the past decades. Although therapeutic advances have contributed to extending patient survival, complete and sustained clinical responses remain uncommon in the more advanced and metastatic stages of the disease. This scenario has sparked considerable interest within the scientific community in the development of new therapeutic strategies aimed at greater efficacy, selectivity, and reduction of adverse effects in patients. Excitation of a photosensitizing dye (PS) with visible light at an appropriate wavelength, in the presence of molecular oxygen, leads to the formation of cytotoxic species (ROS), constituting the photochemical principle of photodynamic therapy (PDT). Despite the numerous advantages PDT offers in cancer treatment, its clinical application is still limited. In the search for new photosensitizing molecules suitable for PDT in the treatment of skin cancer of the melanoma type, this dissertation reports the synthesis, structural characterization, evaluation of photophysical properties, and in vitro application of a new cationic derivative of the xanthene dye Rose Bengal B, designated RBB-GTMAC. The structural modification of RBB involved the insertion of a triglycidylammonium chloride (GTMAC) group, aiming to maintain a permanent positive charge in the structure capable of interacting with components of the biological membrane and specific organelles, such as mitochondria, thereby facilitating PS internalization and dispersion of ROS in the intracellular environment. It was observed that the structural modification did not alter the UV-Vis electronic absorption or fluorescence emission profiles of RBB, although a significant decrease in the molar absorption coefficient occurred in polar environments, possibly associated with aggregate formation. Furthermore, the insertion of the GTMAC group did not change the hydrophilic/hydrophobic balance of the PS. Investigations of the photophysical and photodynamic properties of RBB-GTMAC revealed lower photostability of the derivative, which ensures that the molecule exhibits reduced prolonged photosensitivity. The fluorescence quantum yield remained low, a desirable characteristic in photodynamic processes, since deactivation processes compete with one another. The capacity to generate singlet oxygen (1O2) was confirmed using the uric acid (UA) probe and green laser (533 nm, 100 mW cm-2), with first-order photodegradation kinetic models identified. Thus, the results indicate that functionalization did not alter the chromophoric properties of the molecule, preserving the intrinsic and desirable characteristics of RBB.In in vitro biological assays against murine melanoma B16F10 skin cancer cells, RBB-GTMAC was non-toxic up to a concentration of 100×10-6 mol L-1. In the presence of white light (55.3 J cm-2), it was able to promote the inactivation of approximately 66% of murine melanoma cells in a single application. In summary, the synthesized PS, RBB-GTMAC, preserved the physicochemical and photodynamic properties of RBB, demonstrating potential for future studies of in vivo biological applications and potential as a possible drug for PDT.