Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/8999
Title: Synthesis and antibacterial activity of cationic phthalocyanines
Other Titles: Síntese e atividade antibacteriana de ftalocianinas catiónicas
Author: Pereira, Joana Brás
Advisor: Tomé, João Paulo Costa
Almeida, Maria Adelaide de Pinho
Keywords: Biologia molecular
Microorganismos patogénicos
Resistência a antibióticos
Terapia fotodinâmica
Ftalocianinas
Defense Date: 26-Jan-2012
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) was described more than 100 years ago, but its potential as an alternative to combating microorganisms, was only recognized when antibiotic resistance became an important public health issue. aPDT refers to the action of 3 non-toxic elements: a photosensitizer, light and molecular oxygen that, when combined, results in the production of singlet oxygen (1O2) and/or free radicals which are cytotoxic to target cells. The aim of this work was to synthetize, evaluate and compare the photoinactivation efficiency of new cationic phthalocyanines (Pcs) derivatives. Three new derivatives, tetra and octa-thio-pyridinium Pcs, 17, 18 and 19, were tested against Gram-negative bacteria. A recombinant bioluminescent Escherichia coli strain was used to assess, in real time, the photoinactivation efficiency of these cationic Pcs, under white and red light. After a pre-incubation period with 20 μmol L-1 of PS in the dark, the pure bacterial suspensions were irradiated with white light (400-800 nm) or red light (620- 750 nm) at a fluence rate of 150 mW cm-2, for 30 minutes. Dark and light controls were performed in all experiments. The cellular localization, uptake, 1O2, photophysical and photochemical tests such as photostability, solubility and fluorescence quantum yields were also determined, in order to evaluate the potential of these new Pcs as antibacterial agents. Pc 18 was the most effective photosensitizer, causing a 5 logs reduction in bioluminescence after 30 minutes of irradiation under white or red lights. The photoinactivation efficiency of the Pc 19 was similar (5 logs reduction in bioluminescence) to that of 18 when irradiated with white light, but the efficiency of inactivation was reduced (2.1 logs reduction in bioluminescence) under red light. Pc 17 was the least effective PS, causing only 2.1 log bioluminescence reduction under white light and 1 log decrease under red light. The three new cationic thio-pyridinium phthalocyanines with different physicochemical properties have different photoinactivation efficiencies to inactivate a gram negative bacterium. Several factors such as aggregation, 1O2 generation, number of thio-pyridinium groups, cellular uptake/localization and irradiation conditions could cause the different efficiency observed. The high photodynamic efficiency of compound 18 under red light is of special interest for clinical applications, since red light is the most preferable for treatment of microbial infections, because it penetrates deeper into infected human tissues.
A terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT) foi descrita pela primeira vez há mais de 100 anos, mas o seu potencial como alternativa no combate de microrganismos apenas foi reconhecido devido à resistência a antibióticos, que se revelou um grave problema de saúde pública. aPDT refere-se à acção de três componentes não tóxicos: um fotossensibilizador (PS), uma fonte de luz e oxigénio molecular que, em conjunto, levam à geração de oxigénio singuleto (1O2) e/ou radicais livres, que são citotóxicos para as células alvo. O objectivo deste trabalho foi sintetizar, avaliar e comparar a eficiência da fotoinativação de novos derivados catiónicos de ftalocianinas (Pcs). Três novos derivados, ftalocianinas tetra e octa-tio-piridil, 17, 18 e 19, foram testadas numa bactéria Gram-negativa. Foi utilizada uma estirpe de Escherichia coli recombinante bioluminescente para determinar, em tempo real, a eficácia da fotoinativação das ftalocianinas catiónicas, sob luz branca e luz vermelha. Após um período de préincubação no escuro com 20 μmol L-1de PS, as suspensões bacterianas puras foram irradiadas com luz branca (400-800 nm) ou luz vermelha (620-750 nm) sob 150 mW cm-2, durante 30 minutos. Foram realizados em todos os ensaios controlos claro (irradiação da suspensão bacteriana sem PS) e escuro (suspensão bacteriana com PS, sem irradiação). Foram também determinados a localização subcelular, uptake, 1O2, testes fotofísicos e fotoquímicos tal como a fotoestabilidade, solubilidade e determinação do rendimento quântico de fluorescência para avaliar o potencial das novas ftalocianinas como agentes antibacterianos. O derivado 18 foi o PS mais eficiente, causando uma redução de 5 logs na bioluminescência após 30 minutos de irradiação com luz branca ou com luz vermelha. A fotoinativação provocada pela Pc 19 foi semelhante (5 logs de decréscimo na bioluminescência) à da 18, quando irradiada com luz branca, mas a eficiência da inactivação reduziu (2.1 logs decréscimo na bioluminescência) sob luz vermelha. A Pc 17 foi o PS menos eficiente, causando apenas 2.1 logs de decréscimo na bioluminescência sob luz branca e diminuição de 1 log sob luz vermelha. As três novas ftalocianinas tio-piridil com diferentes propriedades físico-químicas, revelam uma eficiência diferente na fotoinativação de uma bactéria Gram-negativa. Vários factores tais como agregação, geração de 1O2, número de grupos tio-piridil, bem como as condições de irradiação, uptake /localização celular podem estar na causa das diferenças verificadas na fotoinativação. A elevada eficiência fotodinâmica do composto 18 na presença da luz vermelha é de especial interesse para aplicações clínicas, uma vez que a luz vermelha é a mais adequada para o tratamento de infecções microbianas, pois penetra mais profundamente em tecidos humanos infectados.
Description: Mestrado em Biologia Molecular e Celular
URI: http://hdl.handle.net/10773/8999
Appears in Collections:DBio - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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