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Degradação de fotossensibilizador é fundamental para destruir membranas biológicas

Autores: Maria Célia Wider

01 out, 2019
Estudo desafia paradigmas da terapia fotodinâmica

Em artigo publicado no Journal of the American Chemical Society (JACS), pesquisadores liderados pelo professor Maurício S. Baptista, do Instituto de Química da USP e do CEPID Redoxoma, demostraram que a degradação do fotossensibilizador (PS) causada por reações dependentes de contato é um passo necessário para causar danos irreversíveis a membranas biológicas. Portanto, em aplicações médicas da terapia fotodinâmica, reações dependentes de contato danificam alvos biológicos com muito mais precisão do que aquelas em que são formadas espécies difusivas como oxigênio singlete e outras espécies reativas de oxigênio. Os resultados podem ter impacto no design de fotossensibilizadores mais eficientes.

“Há décadas que se foca no mesmo mecanismo de ação da terapia fotodinâmica, que é a geração de oxigênio singlete. Isso é um paradigma. Agora estamos propondo que as reações dependentes de contato sejam consideradas para o desenvolvimento de fotossensibillizadores mais eficientes. Nosso trabalho quebra também outro paradigma desta área, segundo o qual compostos que sofrem fotodegradação perdem a eficiência por não gerarem mais oxigênio singlete. Nossos resultados mostram que, ao serem fotodegradados, os fotossensibiliadores vazam as membranas – e, para isso, eles têm que estar ligados nelas,” afirmou o pesquisador.

A terapia fotodinâmica, ou TFD, envolve compostos químicos conhecidos como fotossensibilizadores, que são ativados pela luz visível para produzir espécies oxidantes capazes de matar células cancerosas e bactérias. Esta modalidade terapêutica pouco invasiva e pouco tóxica tem sido estudada e empregada em diferentes ramos da medicina, substituindo ou complementando terapias convencionais.

A grande vantagem da terapia fotodinâmica no tratamento de tumores é permitir a preservação do tecido original. Mas, segundo Baptista, um dos problemas da técnica é conseguir entregar a luz com eficiência na profundidade necessária. Por isso a importância do desenvolvimento de fotossensibilizadores que funcionem com menor quantidade de luz.

Como terapia antimicrobiana, as perspectivas da TFD são também interessantes. “Na verdade, considerando o surgimento das superbactérias resistentes a antibióticos, acho que uso da terapia fotodinâmica como antimicrobiano é que vai fazer a diferença, porque a esse tipo de dano nada resiste”, disse o pesquisador.

Há centenas de tipos de moléculas que já foram testadas e funcionam como fotossensibilizadores. “Nós nos propusemos a investigar outros fatores importantes para a eficácia dessas moléculas além da geração de espécies oxidantes do estado excitado”.

Membrane leakage


Fotossensibilizadores hidrofóbicos (em vermelho) adsorvem em membranas biológicas. Após absorção luminosa, forma-se o estado excitado do fotossensibilizador próximo ao alvo principal de oxidação (duplas ligações em lipídeos). O vazamento da membrana implica em reação direta do fotossensibilizador com as duplas, que leva necessariamente ao fotobranqueamento do fotossensibilizador.
Imagem: Thiago T. Tasso

Fotobranqueamento

Vários processos que requerem absorção de luz e a subsequente ação fotoinduzida de fotossensibilizadores, como a fotossíntese, por exemplo, provocam o fotobranqueamento ou fotodegradação dos fotossensibilizadores. O fotobranqueamento causa a perda da capacidade de absorção de luz, ou seja, os fotossensibilizadores deixam de funcionar. Em aplicações médicas, a fotoestabilidade é considerada uma característica essencial para fotossensibilizadores.

No entanto, segundo os pesquisadores, evidências recentes apontam para o papel fundamental das reações dependentes de contato, as quais geralmente causam fotobranqueamento dos fotossensibilizadores, o que coloca em questão o paradigma de fotoestabilidade versus eficiência dos fotossensibilizadores em aplicações médicas.

Neste estudo, os pesquisadores produziram uma série de complexos magnésio-porfirazínicos (MgPzs) capazes de gerar a mesma quantidade de oxigênio singlete, mas com diferentes propriedades redox. As porfirazinas são pigmentos análogos às porfirinas, porém com maior atividade redox. Eles então investigaram o mecanismo de fotobranqueamento desses complexos em solução e descobriram que ele é independente de oxigênio singlete, ocorrendo principalmente via abstração de elétrons de moléculas circundantes ricas em elétrons (solventes ou lipídios). No processo, os complexos são reduzidos a um intermediário radicalar.

A morte celular induzida por um fotossensibilizador é associada a danos a membranas. Com o objetivo de correlacionar a fotodegradação com a permeabilização de membranas, os pesquisadores compararam dois fotossensibilizadores (CF3Pz e FPz) com propriedades fotofísicas semelhantes mas com eficiências de fotobranqueamento distintas. Eles usaram dois modelos de membranas, os lipossomas, que são pequenas vesículas esféricas de fosfolipídios, e a vesícula unilamelar gigante (GUV), que pode ser observada ao microscópio, e descobriram que quanto maior a velocidade de fotobranqueamento dos fotossensibilizadores mais rápido o vazamento induzido nas membranas. O fotobranqueamento ocorre por meio de uma abstração de elétron da dupla ligação lipídica, causando dano irreversível na membrana.

“Este trabalho é uma continuidade de um estudo anterior, cujos resultados foram publicados também no JACS, em que comparamos um composto que se ligava á membrana com outro que não se ligava e vimos que o composto que se ligava causava mais dano à membrana, por geração de aldeídos, e que era degradado. Agora fizemos um sistema em que os dois compostos estão ligados à membrana e o único parâmetro que importa é a propriedade redox deles. Um deles é um oxidante mais ativo e é este que sofre maior fotodegradação e permeabiliza mais a membrana”, explica Baptista.

O presente estudo foi realizado como projeto de pós doutoramento de Thiago T. Tasso, atualmente professor na Universidade Federal de Minas Gerais, primeiro autor e coautor correspondente do artigo, com a colaboração de pesquisadores da Universidade Federal do ABC e do Departamento de Química Fundamental do Instituto de Química da USP.

O artigo Photobleaching Efficiency Parallels the Enhancement of Membrane Damage for Porphyrazine Photosensitizers, de Thiago T. Tasso, Jan C. Schlothauer, Helena C. Junqueira,Tiago A. Matias, Koiti Araki, Érica Liandra-Salvador, Felipe C. T. Antonio, Paula Homem-de-Mello e Mauricio S. Baptista, pode ser lido em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05991


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