Macrociclos tetrapirrólicos com potenciais aplicações médicas: síntese e caracterização

Abstract

O trabalho apresentado nesta dissertação tinha como objetivo global desenvolver macrociclos tetrapirrólicos – porfirinas e bacterioclorinas - conjugadas com polietilenoglicol e avaliar algumas das suas propriedades fotofísicas, RMN de flúor e estudos in vitro para avaliar as suas potenciais aplicações como agentes de contraste para imagiologia de ressonância magnética e fotossensibilizadores vetorizados.No capítulo 1 desta dissertação apresenta-se uma revisão geral das diferentes metodologias de síntese de bioconjugados de macrociclos tetrapirrólicos. Além disso, apresentam-se também as possíveis aplicações dos macrociclos tetrapirrólicos em biomedicina, incluindo uma breve revisão bibliográfica dos fotossensibilizadores utilizados em terapia fotodinâmica bem como alguns fundamentos teóricos acerca de imagiologia médica por ressonância magnética, especificamente no que refere a agentes de contraste de flúor e sondas redox. No capítulo 2 apresentam-se os resultados de otimização da síntese de 5,10,15,20-tetra-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polietilenoglicol)fenil]porfirina e de 5-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polietilenoglicol)fenil]-10,15,20-tri-[(2’,3’,4’,5’,6’-pentafluoro)fenil]porfirina, que se obtiveram com os rendimentos de 93 % e 49 % respetivamente. Preparou-se ainda o complexo de manganésio, obtendo-se 5,10,15,20-tetra-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polietilenoglicol)fenil] porfirinato de manganésio (III), com um rendimento de 78%. A porfirina 5,10,15,20-tetra-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polietilenoglicol)fenil]porfirina foi reduzida a 5,10,15,20-tetra-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polietilenoglicol)fenil]bacterioclorina, com um rendimento de 44%. Além disso, a 5-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polietilenoglicol)fenil]-10,15,20-tri-[(2’,3’,4’,5’,6’-pentafluoro)fenil]porfirina foi também reduzida a bacterioclorina e conjugada com um peptídeo, tendo-se obtido a 5-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polietilenoglicol)fenil]-10-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-peptídeo)fenil]-15,20-di-[(2’,3’,4’,5’,6’-pentafluoro)fenil]bacterioclorina. Neste capítulo descreve-se também a caracterização estrutural de todos os compostos sintetizados, utilizando as técnicas de espectroscopia de ressonância magnética nuclear e espectrometria de massa.Integram também o trabalho, os resultados apresentados no capítulo 3 referentes à avaliação das propriedades fotofísicas, que incluem a determinação dos coeficientes de absorção molar, os rendimentos quânticos de fluorescência e de formação de oxigénio singleto, e também a realização de estudos in vitro relativos à internalização celular, à citotoxicidade e à fototoxicidade de uma das bacterioclorinas conjugadas com polietilenoglicol para avaliar a sua potencial aplicação como fotossensibilizador para PDT.Por fim, no capítulo 5 apresenta-se detalhadamente os procedimentos experimentais referentes a todos os capítulos da tese, bem como a caracterização completa de todas as moléculas sintetizadas ao longo deste trabalho (1H e 19F RMN, espectrometria de massa e absorção UV-visível).

The main goal of the work presented in this dissertation was the development of new tetrapyrrolic macrocycles – porphyrins and bacteriochlorins – conjugated with polyethylene glycol and the evaluation of their photophysical properties, fluorine NMR and in vitro studies, in order to assess their potential application as contrast agents in magnetic resonance imaging and as vectorised photosensitizers.In chapter 1 of this dissertation, an overview of the different synthetic methodologies of bioconjugated tetrapyrrolic macrocycles is shown. Additionally, possible applications of tetrapyrrolic macrocycles in biomedicine are also presented, including a brief bibliographic review of photosensitizers in photodynamic therapy as well as some theoretical fundamentals about medical imaging by magnetic resonance, specifically regarding fluorine contrast agents and redox probes.In chapter 2 results of synthesis optimization of 5,10,15,20-tetra[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyleneglycol)phenyl]porphyrin and 5-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyleneglycol)phenyl]-10,15,20-tri[(2’,3’,4’,5’,6’-pentafluoro)phenyl]porphyrin which were obtained with 93% and 49% yield , respectively, are presented. The complexation with manganese of porphyrin 5,10,15,20-tetra[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyleneglycol)phenyl]porphyrinis is also described in this chapter and Mn(III)-5,10,15,20-tetra-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyeneglycol)phenyl]porphyrin, was obtained with a yield of 78 %. Also, porphyrin 5,10,15,20-tetra[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyleneglycol)phenyl]porphyrin was further reduced to 5,10,15,20-tetra-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyleneglycol)phenyl]bacteriochlorin, with a yield of 44%. Furthermore, 5-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyleneglycol)phenyl]-10,15,20-tri[(2’,3’,4’,5’,6’-pentafluoro)phenyl]porphyrin was also reduced to bacteriochlorin and conjugated with a peptide, obtaining 5-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-polyethyleneglycol)phenyl]-10-[(2’,3’,5’,6’-tetrafluoro-4’-peptide)phenyl]-15,20-di-[(2’,3’,4’,5’,6’-pentafluoro)phenyl]bacteriochlorin. In this chapter is also described the structural characterization of all synthetized compounds, using nuclear magnetic resonance spectroscopy and mass spectrometry.In chapter 3 it is presented the results referring to the evaluation of photophysical properties, which include the determination of the molar absorption coefficients, fluorescence and singlet oxygen, and the performance of in vitro studies of cellular uptake, cytotoxicity and phototoxicity of one of the bacteriochlorins conjugated with polyethylene glycol in order to evaluate its potential application as photosensitizer in PDT. Lastly, in chapter 5, the experimental procedures related to all the chapters of this thesis are described in detail, as well as complete chemical characterization of all synthesized compounds (1H NMR, 19F NMR, mass spectrometry and UV-vis absorption).