Design, síntese e caraterização de derivados de BODIPY novos para aplicação como sensores químicos óticos, sondas para bioimagem molecular e componentes para sistemas de libertação de fármacos

Abstract

Atualmente, existe uma grande variedade de sensores químicos óticos baseados em moléculas orgânicas, no entanto os derivados de 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indaceno, designados usualmente como BODIPYs, constituem uma nova classe de fluoróforos que tem vindo a despertar grande interesse nas mais diversas áreas de investigação. As propriedades fotofísicas e a versatilidade química dos derivados de BODIPY explicam o seu crescimento exponencial, destacando-se a sua aplicação como sensores óticos para o reconhecimento e deteção de espécies químicas ou ainda como sondas fluorescentes em microscopia de fluorescência. De facto, as moléculas fluorescentes tornaram se uma ferramenta indispensável em bioimagem molecular, já que permitem a visualização de estruturas celulares e caraterização de fenómenos que ocorrem nos sistemas biológicos, através de imagens de alta resolução, em tempo real e sem perturbação das funções celulares. Por outro lado, a incorporação de fluoróforos como componente de sinalização em sistemas de libertação de fármacos é uma estratégia para a monitorização e avaliação da eficiência de terapia no tratamento de diversas doenças. O objetivo deste trabalho consistiu no design, síntese e caraterização de novos derivados funcionalizados com diferentes grupos substituintes na posição 2 do núcleo do BODIPY, visando a diversificação fotofísica e estrutural dos compostos. Numa segunda etapa, o estudo das capacidades dos derivados de BODIPY como sensores óticos de iões metálicos com importância biológica e ambiental foi realizado através de titulações espetrofotométricas e espetrofluorimétricas na presença de Pd2+, Hg2+, Fe3+ e Al3+, na sequência do estudo preliminar que revelou a seletividade/sensibilidade para estes catiões. A potencial aplicação de um dos compostos sintetizados como sonda fluorescente em bioimagem foi avaliada em células cancerígenas HeLa recorrendo a técnicas de fluorescência e microscopia confocal, tendo-se obtido resultados promissores. Por fim, foi realizada a síntese de derivados de tiofeno com o intuito de serem incorporados como unidades de sinalização em sistemas de libertação de fármacos.

Currently, there are many optical chemical sensors based on organic molecules, however 4,4- difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene derivatives, commonly known as BODIPYs, represent a new class of fluorophores which have been arousing considerable interest across a wide variety of research fields. The photophysical properties and chemical versatility of BODIPY derivatives explain their exponential growth, highlighting their application as optical sensors for the recognition and detection of chemical species or as fluorescent probes for fluorescence microscopy. In fact, fluorescent molecules have become a key tool for molecular bioimaging, as it allows the visualization of cellular structures and characterization of biological phenomena through real-time and high-resolution images without disturbing cellular functions. On the other hand, incorporation of fluorophores as a signaling component in drug delivery systems is a strategy for monitoring and evaluating the therapy efficacy for the treatment of several diseases. The aim of this work was the design, synthesis and characterization of new functionalized derivatives with different substituent groups at position 2 of the BODIPY core, intending to diversify the compounds’ photophysical properties and chemical structure. In a second stage, the study on the ability of BODIPY derivatives as optical sensors for metal ions with biological and environmental relevance was performed by spectrophotometric and spectrofluorimetric titrations in the presence of Pd2+, Hg2+, Fe3+ and Al3+, as a result of the preliminary study which revealed the selectivity/sensitivity towards these cations. The potential application of one of the compounds synthesized as fluorescent probe in bioimaging was evaluated in HeLa cancer cells using fluorescence techniques and confocal microscopy, revealing promising results. Finally, thiophene derivatives were synthesized aiming to be used as signaling units in drug delivery systems.