Estudos físico-químicos da Eritrosina B, Eosina Y e derivados ésteres formulados em micelas poliméricas do tipo Plurônicos: aspectos fotofísicos e fotodinâmicos

Abstract

Uma modalidade clínica promissora no tratamento de doenças que promovem crescimento anormal de tecidos é a Terapia Fotodinâmica (TFD). Esta técnica se baseia na combinação de um composto fotossensibilizador (FS), radiação de comprimento de onda adequado e oxigênio molecular (3O2) na geração de espécies citotóxicas como oxigênio singlete (1O2), que levam à morte celular. Este tratamento também pode ser destinado ao controle de microorganismos recebendo o nome de Inativação Fotodinâmica de Microorganismos (IFDMO). Corantes xantênicos halogenados, como a eritrosina B (ERI) e eosina Y (EOS) apresentam elevado coeficiente de absortividade molar e alto rendimento quântico de formação de oxigênio singlete (??1O2), características essenciais para utilização fotodinâmica. Tanto ERI como EOS apresentam características hidrofílicas acentuadas, o que desfavorece a interação com membranas biológicas. Neste sentido, foram sintetizados os derivados ésteres hidrofóbicos: eritrosina metil-éster (ERIMET), eosina metil-éster (EOSMET), eritrosina butil-éster (ERIBUT), eosina butil-éster (EOSBUT), eritrosina decil-éster (ERIDEC) e eosina decil-éster (EOSDEC), que além da cadeia alquílica, adicionalmente em água a pH neutro tem uma carga negativa diminuída. Apesar da melhor afinidade destes derivados por membranas biológicas, um dos alvos preferenciais dos tratamentos, estes FS apresentam-se instáveis em água com tendência a auto-agregar, propriedade inconveniente para os tratamentos fotodinâmicos por diminuir o tempo de vida de estados excitados. Assim usou-se de sistemas de solubilização e carreamento "drug delivery system". Para este fim trabalhou-se com micelas poliméricas de Pluronics®, mais precisamente F-127 e P-123. As sínteses dos derivados ésteres xantênicos foram rápidas, reprodutíveis, com elevado rendimento e pureza. Os derivados ERIDEC e EOSDEC apresentaram-se na forma auto-agregada em soluções de água/etanol com porcentagem de água agregacional crítica ao redor de 74%, enquanto os demais xantenos pouco auto-agregaram, mesmo só em água tamponada a pH 7,25. A compreensão dos sistemas protolíticos e tautoméricos dos xantenos foi altamente complexa. Apesar disso, a análise multivariada permitiu determinar os valores de pKa nos surfactantes e fazer as atribuições dos grupos protolíticos. No caso da ERI foi observada inversão na ordem de acidez entre o grupo fenol e o carboxílico em relação ao meio água. Os estudos de interação dos FS pelas micelas de F-127 mostrou que a incorporação do FS na micela é mais efetiva nos derivados de cadeia alquílica maior. Além disso, os perfis de localização mostraram que estes compostos alocam-se preferencialmente na corona das micelas de F-127. A incorporação dos FS nas micelas provocou pequeno aumento nos valores de rendimento quântico de fluorescência ?F, mas os ??1O2 mantiveram-se elevados em todos os casos, característica essencial aos tratamentos. Além disso, a metodologia de dispersão sólida forneceu formulados em F-127 e P-123 muito mais estáveis com o tempo, mesmo antes e após liofilização. Como esperado, as variações na temperatura influenciaram no espectro dos xantenos, pois, são copolímeros termossensíveis. Apesar disso, os perfis espectrais iniciais foram restaurados após restabelecimento da temperatura inicial. Além disso, notaram-se alterações na localização dos FS preparados por dispersão sólida, sendo observadas duas populações em alguns casos. As modificações no ?F na maioria dos casos não foram significativas, sugerindo que as propriedades fotofísicas devem ser pouco influenciadas pelo método de formulação. Além disso, pequenas alterações no tamanho e potencial de superfície foram observadas e foram atribuídas às características de incorporação do FS na micela. Em suma, os corantes xantênicos ésteres mais hidrofóbicos da eritrosina B e da eosina Y formulados por dispersão sólida em meio aquoso de F-127 e P-123 apresentaram resultados muito interessantes que os tornam fortes candidatos a fotossensibilizadores na TFD e IFDMO

One promising modality for the treatment of clinical conditions, which promote abnormal tissue growth, is the Photodynamic Therapy (PDT). This technique employs the combination of a photosensitizer compound (PS), suitable ligth radiation and molecular oxygen (3O2) that generates cytotoxic species such as singlet oxygen (1O2), leading to cell death. This treatment can also be designed to control microorganisms, named as Photodynamic Inactivation of Microorganisms (PDIMO). Xanthenes halogenated dyes such as erythrosine B (ERI) and eosin Y (EOS) have a high molar absorptivity coefficient, high quantum yield of singlet oxygen ( ?1O2), which are essential features for photodynamic uses. Both ERI and EOS exhibit hydrophilic characteristics, which difficult interaction with biological membranes, one of the prime targets in the photodynamic action. Therefore, derivatives of hydrophobic esters were synthesized: erythrosin methyl ester (ERIMET), eosin methyl ester (EOSMET), erythrosine butyl ester (ERIBUT), eosin butyl ester (EOSBUT), erythrosine decyl ester (ERIDEC) and eosin decyl ester (EOSDEC), which besides the alkyl chain, additionally in water at neutral pH have one negative charge decreased. Inspire of the The high affinity for biological membranes, such FS are unstable in water with a tendency to self-aggregate, inconvenient process for the photodynamic treatment because the decrease of the lifetime of excited states. Thus for solubilization and veicule, micellar drug delivery system was investigated. We worked with Pluronic® polymeric surfactants, specifically F-127 and P-123. The synthesis of xanthene ester derivatives were fast, reproducible, with high yield and purity. The ERIDEC and EOSDEC derivatives presented self-aggregates in solutions of water / ethanol with water agregacional critical percentage around 74 % , while other xanthenes undergo little self-aggregation, even just in buffered water at pH 7.25 . The understanding of the protolytic and tautomeric systems of xanthenes was highly complex. Nevertheless, multivariate analysis allowed the determination of pKa values in the surfactants and make assignments of the protolytic groups. In the case of ERI, inversion was observed in the order of acidity between the phenol and the carboxylic group in relation to water media. The studies of the micelles with the FS, F-127 show that the incorporation of FS in the micelle is more effective for derivatives with higher alkyl chain. In addition, the location profiles showed that these compounds preferentially allocate the corona of the F-127 micelles. The incorporation of the FS toward to micelles caused little increase in the amount of fluorescence quantum yield F, however ?1O2 remained high in all cases, essential feature for the treatments. Furthermore, the solid dispersion method provided formulated for F-127 and P-123 much more stable with time, even before and after lyophilization. As expected, variations in temperature influence the spectrum of xanthene once these copolymers generate thermosensitive micelles. Nevertheless, the initial spectral profiles were recovered after temperature restauration. In addition, changes were noted in the location of FS prepared by solid dispersion; two populations were observed in some cases. Changes in F in most cases were not significant, suggesting that the photophysical properties should be little influenced by the formulation method. In addition, small changes in the size and surface potential were observed and were attributed to characteristics of the FS incorporation in the micelle. In short, xanthenes esters dyes, more hydrophobic, derivatives of the eosin and erythrosine, formulated in solid dispersion in aqueous media of F-127 and P-123 showed very interesting results that make them strong candidates for photosensitizers in PDT and PDIMO