Libertação fotocontrolada de moléculas bioativas a partir de conjugados de cumarinas

Abstract

A libertação controlada no espaço e no tempo de moléculas com relevância química e biológica pode ser desencadeada por enzimas, ou por estímulos externos como o pH, agentes redutores ou oxidantes, ultrassons, corrente eléctrica, temperatura e luz. Os grupos protetores fotocliváveis, para além de possibilitarem o desenvolvimento de pró-fármacos fotocliváveis, podem ser utilizados como ferramentas de estudo de processos dinâmicos em bioquímica, biologia e neurociências, como por exemplo na elucidação dos processos de sinalização que envolvam neurotransmissores. Um dos requisitos para a aplicação biológica destes grupos é que o comprimento de onda de irradiação não seja nocivo para as células. Para tal, o comprimento de onda de absorção destas moléculas deve ser o mais próximo possível do espetro visível. Neste trabalho, foram sintetizados vários derivados da 2H-1-benzopiran-2-ona, vulgarmente conhecida como cumarina, contendo diferentes substituintes na posição 7 com o objetivo de aumentar a conjugação do sistema π resultante e provocar um desvio batocrómico (desvio para o vermelho) no comprimento de onda de absorção e, consequentemente, no comportamento face à fotólise. A escolha deste heterociclo deveu-se ao facto de possuir elevados coeficientes de extinção molar a comprimentos de onda elevados, constantes cinéticas elevadas e serem estáveis durante a fotólise. As cumarinas sintetizadas foram posteriormente ligadas a dois aminoácidos neurotransmissores, a glicina e a β-alanina, através de uma ligação éster. Estes conjugados foram caraterizados por espetroscopia de UV-Visível e por espetroscopia de fluorescência em vários solventes orgânicos com diferente carácter (prótico/aprótico, polar/apolar). Posteriormente foram efetuados estudos de fotoclivagem dos conjugados obtidos em soluções de metanol/HEPES (80:20) por irradiação nos comprimentos de onda de 254, 300, 350 e 419 nm num reator fotoquímico Rayonet RPR-100, acompanhando a reação de fotólise e consequente libertação do composto ativo por HPLC com deteção UV.

The controlled release in space and time of chemically and biologically relevant molecules can be triggered by enzymes or external stimuli such as pH, reducing and oxidant agents, ultrasounds, electric current, temperature and light. Photocleavable protecting groups, besides allowing the development of photocleavable prodrugs, can be used as a tool to study dynamic processes in biochemistry, biology and neurosciences, for example in the elucidation of signaling processes involving neurotransmitters. A requirement for the biological application of these groups is using an irradiation wavelength harmless to cells. To accomplish this, the maximum absorption wavelength of these molecules must be as close as possible to the visible spectrum. During this work, several derivatives of 2H-1-benzopyran-2-one, commonly known as coumarin, were synthesized bearing different substituents at position 7, aiming at increasing the conjugation of the resulting π system and causing a bathochromic shift (red shift) of its maximum absorption wavelength, and consequently, its behavior towards photolysis. This heterocycle was chosen due to its good molar extinction coefficients at longer wavelengths, high kinetic constants and stability during photolysis. The synthetized coumarins were coupled with two neurotransmitter amino acids, glycine and β-alanine, through an ester linkage. These conjugates were characterized by UV-Visible spectroscopy and fluorescence spectroscopy in several organic solvents of different character (protic/aprotic, polar/apolar). Photocleavage studies of the obtained conjugates in methanol/HEPES (80:20) solutions were performed by irradiation at 254, 300, 350 and 419 nm in a Rayonet RPR-100 photochemical reactor, monitoring the photolysis reaction and consequent release of the active molecule by HPLC with UV detection.