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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44903
ORCID: | ![]() |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Fotossensibilizadores de protoporfirina IX funcionalizados com inibidores de bomba de efluxo derivados de capsaicina para potencializar a terapia fotodinâmica contra as bactérias resistentes Staphylococcus aureus e Escherichia coli |
Alternate title (s): | Protoporphyrin IX photosensitizers functionalized with capsaicin-derived efflux pump inhibitors to enhance photodynamic therapy against resistant Staphylococcus aureus and Escherichia coli |
Author: | Cunha, Ieda Vieira da |
First Advisor: | Tsubone, Tayana Mazin |
First coorientator: | Rezende Júnior, Celso de Oliveira |
First member of the Committee: | Sousa, Raquel Maria Ferreira de |
Second member of the Committee: | Tasso, Thiago Teixeira |
Summary: | A resistência antimicrobiana é listada entre as 10 maiores ameaças à saúde global pela Organização Mundial da Saúde (OMS) em 2023. Infecções bacterianas estão se tornando cada vez mais resistentes aos tratamentos convencionais, com estimativa de 10 milhões de mortes por ano até 2050. Nesse contexto, a Terapia Fotodinâmica Antimicrobiana (TFDA) é uma abordagem promissora para enfrentar o aumento da resistência bacteriana. Por isso, neste trabalho propôs-se a síntese e avaliação biológica de dois derivados da Protoporfirina IX (PpIX) modificados estruturalmente com um ou dois fragmentos de capsaicina, um inibidor conhecido de bombas de efluxo NorA. Investigou-se as propriedades físico-químicas, fotofísicas e a fotoinativação destes novos compostos em bactérias sensíveis e resistentes, incluindo Gram positivas (Staphylococcus aureus) e Gram-negativas (Escherichia coli). Os derivados foram obtidos com rendimentos de 17% para o derivado PpIX-capsaicina 1 (um fragmento de capsaicina) e 40% para o PpIX-capsaicina 2 (dois fragmentos de capsaicina), com o objetivo de aumentar a fotoinativação bacteriana por meio de um efeito sinérgico associado à maior incorporação celular. Os estudos fotofísicos e fotoquímicos incluíram a determinação dos rendimentos quânticos de fluorescência e oxigênio singlete, além da avaliação da fotodegradação dos compostos sob diferentes dispositivos de LEDs. As modificações estruturais resultaram em pequenas variações nas propriedades fotoquímicas em relação à PpIX, com destaque para a menor fotoestabilidade associada à maior produção de oxigênio singlete. Estudos de autoagregação em misturas de água/DMSO indicaram menor tendência de agregação para o derivado PpIX-capsaicina 1, enquanto o derivado PpIX-capsaicina 2 apresentou perfil com formação de diferentes tipos de agregados (tipo H e tipo J) em meio majoritariamente aquoso, semelhante à precursora PpIX. Em relação à lipofilicidade, um aumento significativo foi observado apenas no derivado com dois fragmentos de capsaicina. Por fim, os ensaios de fotoinativação mostraram maior eficácia contra bactérias Gram-positivas, especialmente em S. aureus sensível, onde a redução de 2,9 logs foi obtida a partir do derivado 1, enquanto a PpIX resultou em uma inibição de 1,7 logs, com 1,2 μM a 30 J/cm². Em contrapartida, as bactérias Gram-negativas, como E. coli, apresentaram menor suscetibilidade, com uma redução de apenas 1,2 logs. Os resultados evidenciam o potencial dos derivados PpIX capsaicina, em particular o PpIX-capsaicina 1, como candidatos promissores para a TFDA. |
Abstract: | Antimicrobial resistance is listed among the top 10 global health threats by the World Health Organization (WHO) in 2023. Bacterial infections are becoming increasingly resistant to conventional treatments, with an estimated 10 million deaths per year projected by 2050. In this context, Antimicrobial Photodynamic Therapy (aPDT) emerges as a promising approach to combat the rise of bacterial resistance. Therefore, this study aimed to synthesize and evaluate the biological activity of two derivatives of Protoporphyrin IX (PpIX) structurally modified with one or two capsaicin fragments, a well-known inhibitor of the NorA efflux pump. The physicochemical, photophysical properties, and photoinactivation potential of these new compounds were investigated in both susceptible and resistant bacteria, including Gram- positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Escherichia coli) strains. The derivatives were obtained with yields of 17% for PpIX-capsaicin 1 (one capsaicin fragment) and 40% for PpIX-capsaicin 2 (two capsaicin fragments), aiming to enhance bacterial photoinactivation through a synergistic effect associated with increased cellular uptake. Photophysical and photochemical studies included fluorescence and singlet oxygen quantum yield determinations, as well as the assessment of photodegradation under different LED devices. Structural modifications resulted in minor variations in photochemical properties compared to PpIX, with lower photostability linked to higher singlet oxygen production. Self-aggregation studies in water/DMSO mixtures indicated a lower tendency to aggregate for PpIX-capsaicin 1, whereas PpIX-capsaicin 2 exhibited the formation of different types of aggregates (H- and J-type) in predominantly aqueous media, similar to the precursor PpIX. Regarding lipophilicity, a significant increase was observed only in the derivative with two capsaicin fragments. Finally, photoinactivation assays showed greater efficacy against Gram-positive bacteria, particularly in susceptible S. aureus, where a 2.9-log reduction was obtained with derivative 1, while PpIX resulted in a 1.7-log reduction at 1.2 μM and 30 J/cm². Conversely, Gram-negative bacteria, such as E. coli, showed lower susceptibility, with only a 1.2-log reduction. These findings highlight the potential of PpIX-capsaicin derivatives, particularly PpIX-capsaicin 1, as promising candidates for aPDT applications. |
Keywords: | Terapia Fotodinâmica antimicrobiana resistência antibiótica bombas de efluxo Antimicrobial Photodynamic Therapy antibiotic resistance efflux pumps |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::SINTESE ORGANICA CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA::MICROBIOLOGIA APLICADA |
Subject: | Química |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Química |
Quote: | CUNHA, Ieda Vieira da. Fotossensibilizadores de protoporfirina IX funcionalizados com inibidores de bomba de efluxo derivados de capsaicina para potencializar a terapia fotodinâmica contra as bactérias resistentes Staphylococcus aureus e Escherichia coli. 2025. 96 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.111. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.111 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44903 |
Date of defense: | 19-Feb-2025 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Química |
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