Resumo: A excitação de um corante fotossensibilizador (FS) com luz visível na presença de oxigênio levando a formação de espécies citotóxicas (como o oxigênio singlete) é o princípio fotoquímico de duas modalidades terapêuticas conhecidas como terapia fotodinâmica (TFD) e inativação fotodinâmica de microorganismos (IFDMO). O corante xantênico eritrosina apresenta diversas das propriedades importantes a um fotossensibilizador para aplicações fotodinâmicas, porém sua hidrofílicidade diminui sua afinidade por membranas. A inserção de cadeias alquílicas ao corante pode aumentar sua afinidade pelos sistemas modelo de membrana, aqui avaliados por sistemas micelares. Estudaram-se a eritrosina (ERI) e seus derivados ésteres metil (ERIMET), butil (ERIBUT) e decil (ERIDEC) em ambiente aquoso e em micelas aquosas aniônica (SDS), catiônica (CTAB) e não iônica (P-123). Avaliaram-se seus equilíbrios ácido-base, hidrofobicidade, ligação e localização nos ambientes micelares e propriedades fotofísicas como o rendimento quântico de fluorescência e oxigênio singlete; bem como a aplicação sobre microorganismos. As sínteses dos derivados de cadeia éster da eritrosina foram rápidas e relativamente fáceis de serem reproduzidas, com altos rendimentos e elevada pureza. O sistema protolítico e tautomérico da ERI é muito complexo e dependente do meio onde o corante esta localizado, porém com a análise do conjunto de dados (por métodos multivariados) e comparações com seus éster derivados foi possível atribir os pKa da ERI. Inclusive um efeito inesperado de inversão de acidez entre os grupos fenol e carboxílico foi observado em micelas e confirmados estudando-se misturas água/DMSO. A hidrofobicidade dos corantes foi avaliada mediante sua partição entre o sistema 1-octanol/água. Observou-se que a inserção da cadeia alquílica e o aumento desta causaram um aumento da hidrofobicidade do corante, e assim, sua afinidade viii por membranas. Os ambientes micelares estudados afetam significativamente os espectros de absorção e emissão destes corantes. Tais mudanças são relacionadas à diferente constante dielétrica e polaridade no micro-ambiente micelar. Avaliou-se a importância das ligações hidrogênio sobre suas propriedades foto-físicas mediante o uso de solventes orgânicos, mostrando a forte solvatação por solventes próticos. As constantes de ligação e posicionamentos determinados por supressão de fluorescência foram condizentes com as características hidrofóbicas e de carga dos corantes e micelas. A ordem da constante de ligação foi ERIDEC > ERIBUT > ERIMET > ERI em todas as micelas. Para micelas de CTAB observou-se uma interação bifásica devida à associação dos corantes aniônicos as micelas catiônicas. O rendimento quântico de fluorescência cresce na presença das micelas, porém ainda apresenta um valor relativamente pequeno. Os rendimentos quânticos de formação de oxigênio singlete nas micelas são elevados e similares entre si, independente do corante avaliado. Os ensaios sobre S. Aureus mostrou que ERI e ERIMET são efetivos na inativação de microorganismos Gram-positivos mostrando-se possíveis FS a serem aplicados tanto na TFD como na IFDMO.
Abstract: The excitation of a photosensitizer dye (PS) with visible light in the presence of oxygen leading to the formation of cytotoxic species (such as singlet oxygen) is the principle of two photochemical treatment modalities known as photodynamic therapy (PDT) and photodynamic inactivation of microorganisms (PDIMO). The xanthenic dye erythrosine has several important properties of a photosensitizer for photodynamic applications, but its low hydrophobicity decreases its association for membranes. The insertion of alkyl chains to the dye can increase its affinity for membrane model systems, evaluated here by micellar systems. We studied erythrosin (ERI) and its ester derivatives named as methyl (ERIMET), buthyl (ERIBUT) and decyl (ERIDEC) in aqueous environment and in aqueous anionic (SDS), cationic (CTAB) and nonionic (P-123)micelles. We evaluated their acid-base equilibria, hydrophobicity, binding and localization in micellar environments and photophysical properties as quantum yield of fluorescence and singlet oxygem formation, and the application in microorganisms. The synthesis of ester derivatives of erythrosin were quick and relatively easy to reproduce, with high yields and purity. The protolitic and tautomeric system of ERI is very complex and dependet of the medium where the dye is located. With the analysis of the data set (by multivariate methods) and comparisons with their ester derivatives was possible attribute the ERI pKa. Even an unexpected effect of reversing the acidity of the phenol and carboxylic acid group was detected in micelles and confirmed by studying mixtures of water-DMSO. The hydrophobicity of the dyes was evaluated by its partition between the system 1-octanol/water. It was observed that the insertion of the alkyl chain increased the hydrophobicity of the dye, and thus its affinity for membanes. The micellar environments studied affects significantly the absorption and mission spectra of these dyes. Such changes are related to the different dieletric constant and polarity in the micellar micro-environment. We evaluated the importance of x hydrogen bonding on their photophysical properties through the use of organic solvents, showing strong solvation by protic solvents. The binding constants and localization determined by fluorimetry were consistent with the charge and hydrophobic characteristics of the dyes and micelles. The order of the binding constants was ERIDEC > ERIBUT > ERIMET > ERI in all micelles. CTAB micelles showed a biphsic interaction due to the association of cationic monomers and anionic dyes. The fluorescence quantum yield increases in the presence of micelles, but still has a relatively small value. The quantum yields of singlet oxygem is high in all cases and are similar to each other independent of the dyes evaluated. The experiments on S. Aureus showed that ERI and ERIMET are effective in inactivating Gram-positive microorganisms showing that this PS are possible to apply both in PDT as in PDIMO. |
