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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0728-3168
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Complexos polipiridinícos de rutênio(II) como fotossensibilizadores na terapia fotodinâmica: avaliação química, fotoquímica e em cultura celular
Alternate title (s): Polypyriridinic ruthenium complexes(II) as photosensitizers in photodynamic therapy: chemical, photochemical and cell culture evaluation
Author: Matos, Patrícia Alves de
First Advisor: Tsubone, Tayana Mazin
First coorientator: Matias, Tiago Araújo
First member of the Committee: Lima, Renata Galvão de
Second member of the Committee: Pavani, Christiane
Summary: Câncer tornou-se uma doença de grande preocupação mundial, sendo responsável por quase 10 milhões de mortes em 2020 e classificado entre “top 10” de causas de morte segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS). Considerando as dificuldades nos tratamentos convencionais de câncer (quimioterapia, radioterapia e cirurgia), como a resistência do tumor e os efeitos colaterais, a Terapia Fotodinâmica (TFD) é um procedimento que tem recebido atenção especial na medicina, principalmente pelo procedimento minimamente invasivo, pouca ou nenhuma reação colateral e resistência insignificante aos fotossensibilizadores (FS). Dentre as classes de FS investigados para TFD, os complexos de polipiridina de Rutênio(II) apresentam interessantes propriedades químicas, fotofísicas e biológicas, incluindo alta produção de espécies reativas de oxigênio (EROs)e fotoestabilidade. Neste trabalho, avaliou-se a interação dos complexos cis-[Ru(dmbpy)2Cl(bpy)](PF6) e cis-[Ru(dmbpy)2Cl(bpe)](PF6) com biomoléculas, como proteína (representada por BSA) e lipídios (representados por lipossomos, DMPC), determinou a taxa de incorporação e toxicidade (citotoxicidade e fototoxicidade) destas moléculas em células do câncer do colo do útero (HeLa) e câncer de mama (MDA-MB-231). Os estudos de interação dos compostos com proteína (representada por BSA) realizados em tampão Tris tiveram os resultados afetados pela troca do ligante Cl- por Tris, dificultando a interpretação dos dados. Por isso, os estudos de interação BSA-complexo foram reconduzidos em tampão PBS, cujos valores de constante de ligação (Kb) foram da ordem de 105 para ambos os compostos (Rubpy ≈ 3x105 M-1 e Rubpe ≈ 2x105 M-1), indicando forte interação entre complexo e a proteína BSA. A avaliação da oxidação fotoinduzida da BSA pelos complexos de Rutênio foi monitorada pelo tempo de decaimento da intensidade de fluorescência da albumina. O tempo de decaimento (t2) foi em torno de 2 a 4 minutos na presença de compostos, e ~ 55 minutos na ausência de complexo, indicando que a oxidação fotoinduzida por complexos (Rubpy e Rubpe) acelera cerca de 10x a fotodegradação da BSA. Note que não houve diferença significativa tanto nos valores de Kb quanto t2 entre os compostos estudados Rubpy e Rubpe, sugerindo que que a adição de um grupo etileno num dos ligantes do Rubpe não é suficiente para aumentar a interação e/ou taxa de foto-oxidação da proteína (representada por BSA). Nos estudos de interação dos complexos com lipídeos (representados por lipossomos de DMPC), ambos complexos de Rutênio estudados apresentaram valor elevado de constante de ligação (Kb > 105 M-1), também indicando forte interação desses compostos com a bicamada lipídica. Para avaliar a taxa de oxidação dos lipídeos fotoinduzida pelos complexos Rutênio(II), utilizou-se um ensaio que monitora o vazamento de uma sonda fluorescente (carboxifluoresceína, CF) para o exterior das vesículas de lipossomos. Entretanto, os resultados foram inconclusivos devido a sobreposição no espectro da banda de absorção dos compostos e a emissão da sonda CF, inviabilizando a análise dos dados. Nos estudos de % incorporação dos compostos em HeLa e MDA-MB-231, a porcentagem de incorporação dos complexos foi de aproximadamente ≈ 50% em HeLa e ≈ 37% em MDA-MB-231, não havendo diferença significativa na taxa incorporação entre o [Ru(dmbpy)2Cl(bpy)](PF6) e [Ru(dmbpy)2Cl(bpe)](PF6) em nenhuma das linhagens tumorais testadas. Em relação a toxicidade dos compostos em células tumorais, [Ru(dmbpy)2Cl(bpe)](PF6) possui valor de IC50 aproximadamente 2,4 vezes menor que [Ru(dmbpy)2Cl(bpy)](PF6) para ambas as linhagens tumorais (HeLa e MDA-MB-231), e portanto Rubpe é mais citotóxico que Rubpy. A fototoxicidade foi mensurada pelo fator de fotoinibição (PIF), mostrando que apenas [Ru(dmbpy)2Cl(bpy)](PF6) em MDA-MB-231 possui provável fototoxicidade.
Abstract: Cancer has become a disease of great concern worldwide, accounting for almost 10 million deaths in 2020 and ranked among the “top 10” causes of death according to the World Health Organization (WHO). Considering the difficulties in conventional cancer treatments (chemotherapy, radiotherapy and surgery), such as tumor resistance and side effects, Photodynamic Therapy (PDT) is a procedure that has received special attention in medicine, mainly due to its minimally invasive procedure, no side effects and insignificant resistance to photosensitizers (PS). Among the PS classes investigated for PDT, Ruthenium(II) polypyridine complexes have interesting chemical, photophysical and biological properties, including high production of reactive oxygen species (ROS) and photostability. This work studied the interaction of cis-[Ru(dmbpy)2Cl(bpy)](PF6) and cis-[Ru(dmbpy)2Cl(bpe)](PF6) complexes with biomolecules such as protein (represented by BSA) and lipids (represented by liposomes, DMPC), estimated the amount of incorporation and toxicity (cytotoxicity and phototoxicity) in cervical cancer (HeLa) and breast cancer (MDA-MB-231) cells. The interaction studies of the compounds with protein (represented by BSA) carried out in Tris buffer had the results affected by the exchange of the Cl- ligand by Tris, making the interpretation of the data inviable. Therefore, the BSA-complex interaction studies were conducted in PBS buffer, whose binding constant (Kb) values were around 105 for both compounds (Rubpy ≈ 3x105 M-1 and Rubpe ≈ 2x105 M-1), indicating strong interaction between complex and BSA protein. The evaluation of photoinduced oxidation of BSA by Ru complexes was monitored by the decay time of albumin fluorescence intensity. The decay time (t2) was around 2 to 4 minutes in the presence of complex, and ~55 minutes in the absence of them, indicating that photoinduced oxidation by complexes (Rubpy and Rubpe) accelerates BSA photodegradation circa of 10x. Note that there was no significant difference in Kb or t2 values between the Rubpy and Rubpe compounds studied, suggesting that the addition of an ethylene group to one of the Rubpe ligands is not sufficient to increase the interaction and/or rate of protein photooxidation (represented by BSA). On interaction studies of the complexes with lipids (represented by DMPC liposomes), both Ru complexes studied showed a high binding constant value (Kb > 105 M-1), also indicating a strong interaction of these compounds with the lipid bilayer. To assess the rate of lipid oxidation photoinduced by Ruthenium(II) complexes, it was used an assay that monitors the leakage of a fluorescent probe (carboxyfluorescein, CF) to the outside of liposome vesicles. However, the results were inconclusive due to overlapping in the spectrum of the absorption band of the compounds and the emission of the CF probe, making data analysis unfeasible. Regards to % uptake of compounds in HeLa and MDA-MB-231 cells, the % uptake of the complexes was approximately ≈ 50% in HeLa and ≈ 37% in MDA-MB-231, with no statistically significant difference in the incorporation rate between the Rubpy and Rubpe. Regarding the toxicity of the compounds in tumor cells, [Ru(dmbpy)2Cl(bpe)](PF6) has an IC50 value approximately 2.4 times lower than [Ru(dmbpy)2Cl(bpy)](PF6) for both tumor cell lines (HeLa and MDA-MB-231), therefore Rubpe is more cytotoxic than Rubpy. Phototoxicity was measured by the photoinhibition factor (PIF), showing that only [Ru(dmbpy)2Cl(bpy)](PF6) in MDA-MB-231 has probable phototoxicity.
Keywords: Complexo polipiridínicos de Rutênio(II)
Albumina (BSA)
Toxicidade celular
lipossomos (DMPC)
Ruthenium(II) polypyridine complexes
albumin (BSA)
liposomes (DMPC)
cellular toxicity
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Subject: Química
Fotoquimioterapia
Compostos de rutênio
Câncer - Tratamento
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: MATOS, Patrícia Alves de. Complexos polipiridínicos de Rutênio(II) como fotossensibilizadores na terapia fotodinâmica: avaliação química, fotoquímica e em cultura celular. 2023. 134 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.55.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.55
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37324
Date of defense: 26-Jan-2023
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