Characterization of Photosensitizers for Photodynamic Therapy

Dissertação de Mestrado em Química Medicinal apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaPhotodynamic therapy (PDT) is one of the great areas of research regarding the discovery of new anticancer drugs. Its also used other applications, such as the treatment of viral, bacterial, dermatological and arteriosclerosis diseases. One of the great advantages of PDT, in the clinic, is the biological inactivity of the photosensitizer (PS) in the dark. Thus, only the radiated zone has therapeutic effects, reducing side effects. PDT is made of 3 different variables, these being the PS, light dose and oxygen. Therefore, the constant search for new PS, trying to optimize their effectiveness and selectivity. In this project, we sought to study the photochemical and photophysical characteristics, as well as the in vitro behavior of new porphyrin-derived photosensitizers. This work had a greater focus on the neutral form of the porphyrin, but some studies were also carried out on its dicathionic form and on similar chlorins.The neutrual form porphyrin had a long triplet state lifespan compared to other porphyrins. For the DMSO solutions , "τ" _T^0 (µs) = 89 and τT (µs) = 11 and in ethanol "τ" _T^0 (µs) = 53 and τT (µs) = 0,41. In relation to the quantum yield of singlet oxygen, ΦΔ = 1.05 in DMSO and ΦΔ = 0.70 in ethanol. It is possible that the value in DMSO being greater than 1 occurred due to experimental errors and/or due to the presence of impurities.In in vitro studies, neutral form porphyrin showed rapid internalization by the cells. One minute after the compound was placed, the sample already showed about 20% of the signal observed at 24h. At 5min this is already about 50%. This signal continues to grow gradually until 1h of incubation where the value is similar to that at 24h. It was also observed a similar internalization profile in the neutral form chlrin. Dicationic porphyrin and chlorin, on the other hand, showed low internalization by the cell line.In cytotoxicity studies, cationic porphyrin did not show toxicity between 3,125 µM and 50 µM, as did dicathionic chlorine. Neutral form porphyrin and chlorin showed some toxicity at higher concentrations, with the porphyrin being the most toxic.In phototoxicity, at concentrations of 5 and 10 µM, the difference between 6 and 10 J/cm2 is not significant, in the neutral porphyrin, with cell viability being around 20 and 10%, respectively.A terapia fotodinâmica (PDT) é uma das grandes áreas da investigação no que diz respeito à descoberta de novos medicamentos antineoplásicos. Esta também tem sido explorada para outras aplicações, como o tratamento de doenças virais, bacterianas, dermatológicas e arteriosclerose. A grande vantagem da PDT na clínica é inatividade biológica do fotossensibilizador (PS) no escuro. Assim apenas a zona irradia apresenta efeitos terapêuticos, diminuindo os efeitos colaterais. A PDT é constituída por 3 variáveis diferentes, sendo estas o PS, dose de luz administrada e oxigénio. Para tal, existe a constante procura de novos PS, tentando otimizar a eficácia e seletividade destes. Neste projeto procurou-se estudar as características fotoquímica e fotofísicas, bem como o comportamento in vitro de novos fotossensibilizadores derivados da porfirina. Este trabalho teve um foco maior na forma neutra da porfirina a estudar, porém também foram realizados alguns estudos na sua forma dicatiónica e em clorinas similares.A porfirina neutra apresentou um elevado tempo de vida do estado tripleto, comparado a outras porfirinas. Para as soluções em DMSO, "τ" _T^0 (µs) = 89 e τT (µs) = 11 e em etanol "τ" _T^0 (µs) = 53 e τT (µs) = 0,41. Em relação ao rendimento quântico do oxigénio singleto, ΦΔ = 1,05 em DMSO e ΦΔ = 0,70 em etanol. É possível que o valor em DMSO sendo superior a 1 devido a erros experimentais e/ou devido à presença de impurezas. Nos estudos in vitro a porfirina neutra apresentou uma rápida internalização por parte das células, sendo que 1 minuto após o composto ser colocado, amostra já apresentava cerca de 20% do sinal observado às 24h. Aos 5min este já é cerca de 50%. Este sinal continua a crescer gradualmente até à 1h de incubação onde o valor é similar com o das 24h. Também foi observado que para a clorina neutra apresenta um perfil de internalização similar. Já a porfirina e clorina dicatiónicas demostraram uma baixa internalização por parte da linha celular. Nos estudos de citotoxicidade a porfirina catiónica não apresentou toxicidade entre a 3.125 µM e 50 µM, tal como a clorina dicatiónica. A porfirina e clorina neutra apresentam alguma toxicidade nas concentrações mais elevadas, sendo porfirina neutra a mais tóxica.Na fototoxicidade para concentrações de 5 e 10 µM, a diferença entre 6 e 10 J/cm2 não é significativa, na porfirina neutra, sendo a viabilidade celular cerca de 20 e 10%, respetivamente