Action of new porphyrin conjugates with potential anti-malaria activity on membranes

Abstract

A malária é uma doença negligenciada que afeta mais de 100 países e ameaça metade da população mundial. Esta doença é transmitida pela picada do mosquito Anopheles, causando a infeção dos glóbulos vermelhos. O parasita da malária, Plasmodium, pertence à família dos protozoários, sendo por isso um organismo eucariota. Durante a invasão dos eritrócitos, o parasita degrada hemoglobina para obter nutrientes, contudo é libertado o grupo heme que é tóxico para a membrana do mesmo. Para ultrapassar os efeitos tóxicos do grupo heme, o parasita converteo num pigmento insolúvel, a hemozoina. Análogos sintéticos de porfirinas podem ser usados como alternativa a combater a malária, uma vez que são estruturalmente idênticos ao grupo heme. Assim, o presente trabalho teve como objetivo a síntese de novos conjugados porfirínicos com fármacos já usados na prevenção da malária. Para isso usou-se a 5,10,15,20-tetrakis (pentafluorfenil) porfirina (TF5PP) (composto 1) como porfirina inicial e sintetizaram-se novos derivados porfirínicos formados por conjugação da porfirina com três fármacos diferentes já usados na prevenção da malária: a primaquina (composto 3), a mefloquina (composto 5) e o artesunato (composto 9). A reação de conjugação para os dois primeiros compostos teve como base uma reação de substituição nucleofílica. A síntese do último conjugado não foi alcançada com sucesso. Posteriormente, foram sintetizados os complexos de Fe(III) dos três compostos obtidos: 1, 3 e 5. Para avaliar a possível utilização destes conjugados monitorizou-se a peroxidação em lipossomas constituídos por dois fosfolípidos, 1,2-dimeristoil-sn-glicero-3- fosfocolina (dMPC) (lípido saturado) e a 1-palmitoil-2-linoleoil-3-fosfocolina (PLPC) (lípido insaturado). Os lipossomas foram incubados com os diferentes compostos, na presença e na ausência de H2O2, e a reação foi controlada por espectrometria de massa em modo positivo (ESI-MS). Através da razão [dMPC+H]+/[PLPC+H]+ foi possível avaliar a extensão da reação. Apenas os complexos de ferro dos compostos 1, 3 e 5 (respetivamente os compostos 2, 4 e 6) mostraram ter capacidade para oxidar a PLPC e na presença do composto 2 houve um maior aumento da razão [dMPC+H]+/[PLPC+H]+. Verificou-se que este composto na ausência de H2O2 é mais eficaz que os compostos 4 e 6, tanto na presença como ausência de peróxido de hidrogénio. Os produtos de oxidação obtidos na presença dos diferentes complexos mostraram a presença de um, dois e três átomos de oxigénio e a sua formação poderá ter sido mediada por espécies oxo de alta valência ou via peroxidação lipídica induzida por radicais.

Malaria is a neglected disease that affects more than 100 countries and threatens half of the world population. The disease is transmitted through the bite of an infected female mosquito Anopheles, causing infection of erythrocytes. The malaria parasite, Plasmodium, belongs to the family of protozoa, and so is a eukaryotic organism. During the invasion of the erythrocytes, the parasite degrades hemoglobin to obtain nutrients, yet is released the heme group that is toxic to parasite membrane. To overcome the toxic effects parasite converts free heme into an insoluble pigment called hemozoin. Synthetic analogs of porphyrins can be used as alternative to combat malaria, since they are structurally identical to the heme group. The present study aimed to synthetize new porphyrin conjugates with drugs already used in the prevention of malaria. For that, it was used 5,10,15,20-tetrakis (pentafluorophenyl) porphyrin (TF5PP) (compound 1) as a starting porphyrin and it were synthetized new porphyrin derivatives formed by conjugation with three different drug, primaquine (compound 3), mefloquine (compound 5) and artesunate (compound 9). The reaction for the first two compounds was based on a nucleophilic substitution reaction. The synthesis of compound 9 was not achieved. Subsequently, the Fe(III) complexes of the three compounds: 1, 3 and 5 were synthetized. To evaluate the possible use of these conjugates, lipid peroxidation was evaluated in liposomes constituted with two phospholipids: 1,2-dimyristoyl-sn-glycero- 3-phosphocholine (saturated lipid) and palmitoyl-lineloylphosphatidylcholine (unsaturated lipid). Liposomes were incubated with the different compounds in the presence and in the absence of H2O2 and the reaction was monitored by mass spectrometry in positive mode (ESI-MS). Through the ratio [dMPC+H]+/[PLPC+H]+ it was possible to evaluate the extent of reaction. Only the iron complexes (compounds 2, 4 and 6) showed to have the ability to oxidize PLPC and in the presence of compound 2 there was a greater increase in the ratio [dMPC+H]+/[PLPC+H]+. It was verified that this compound in the absence of H2O2 has greater oxidation than compounds 4 and 6, both in the presence or absence of hydrogen peroxide. The oxidation products obtained in the presence of the different complexes showed the presence of one, two and three oxygen atoms and their formation may have been mediated by high valent oxo species or through radical-induced lipid peroxidation.