Diseño y síntesis de sondas fluorescentes selectivas para fe y evaluación de su actividad in vitro en líneas celulares

Abstract

El hierro está ampliamente distribuido en la naturaleza y es uno de los más importantes elementos en sistemas biológicos. Este juega un rol en muchos procesos bioquímicos a nivel celular tales como la formación de la hemoglobina en eritrocitos y en el depósito y transporte de oxígeno a los tejidos. También es indispensable para muchos organismos y tanto su deficiencia como su acumulación excesiva pueden inducir varios desórdenes como anemia, cáncer de hígado y riñones, cirrosis, artritis, diabetes, falla cardiaca, enfermedad de Parkinson y ataxia de Friedreich entre otras. En décadas recientes una serie de compuestos llamados quimiosensores o sondas fluorescentes se han desarrollado y usado en diferentes campos: biológico, químico, ecológico, industrial. Sin embargo, en el campo químico-biológico es donde han despertado mayor interés por su aplicación para estudiar procesos fisiológicos y anomalías bioquímicas. En esta tesis se desarrolló la síntesis de tres series de compuestos: cumarinas modificadas con TRIS (2-amino-2-(hidroximetil) propano-1,3-diol), derivados de bases de Schiff ((3E)-3-(bencilidenamino)-2H-cromen-2-onas) y las que denominamos chalcocumarinas ((3-((E)-3-fenilacriloil)-2H-cromen-2-onas). Las propiedades fotofisicas y, en los casos relevantes, de afinidad por cationes de interés biológico fueron evaluadas para estos compuestos. Aquellos que presentaban afinidad selectiva por hierro fueron evaluados utilizando líneas celulares de neuroblastoma humano SH-SY5Y. De las tres series ensayadas solamente los compuestos Q51, Q52 y Q53 mostraron selectividad por Fe+2 y Fe+3.

Al ensayar los compuestos en líneas celulares de neuroblastoma humano SH-SY5Y, observamos que los tres compuestos pueden atravesar la membrana celular y a su vez depositarse en el citoplasma y con ello acumularse en organelos como la mitocondria. El compuesto BS-7 mostró una alta afinidad por Cu+², capacidad de permear la membrana celular y quelar el metal, resultando un aumento en la intensidad de fluorescencia. Finalmente el compuesto ChC1 no presentó afinidad por metales. Sin embargo, al realizarse ensayos utilizando tioles endógenos, mostró capacidad de modificar su señal fluorescente tanto in vitro como in vivo.

Iron is widely distributed in nature and is one of the most important elements in biological systems. It plays a crucial role in many biochemical processes at the cellular level such as the formation of hemoglobin in red blood cells and the storage and transport of oxygen to tissues. It is also essential for many organisms and both its deficiency and its excessive accumulation can induce various disorders such as anemia, liver damage, kidney and liver cancer, cirrhosis, arthritis, diabetes, heart failure, Parkinson's disease and Friedreich's ataxia. In recent decades a series of compounds called chemosensors or fluorescent probes have been developed and used in different fields: biological, chemical, environmental, industrial. However, it is in the chemical-biological field where they have attracted most attention due to their applications for the study of physiological processes and biochemical abnormalities. In this thesis the synthesis of three series of compounds was developed: coumarins modified with TRIS (2-amino-2-(hydroxymethyl) propane-1,3-diol), Schiff base derivatives ((E)-3-(benzylideneamino)-2H-chromen-2-ones) and what we call chalcocoumarins ((3 - ((E)-3- phenylacryloil)-2H-chromen-2-ones). The photophysical properties and, in some relevant cases, the affinity for cations of biological interest were evaluated for these compounds. In those cases where a selective affinity for iron was observed, a subsequent evaluation using human neuroblastoma cell lines SH-SY5Y was carried out. Of the three series of compounds tested only Q51, Q52 and Q53 showed selectivity for Fe+2 and Fe+3. fter testing these compounds in human neuroblastoma cell line SH-SY5Y, we observed that all three compounds can cross the cell membrane and once inside the cytoplasm they accumulate in organelles such as mitochondria. Other assays performed with compound BS-7 showed that it has high affinity for Cut2 and that it also can permeate cell membranes and chelate the metal, resulting in an increase in fluorescent intensity. Finall, compound Ch-C1 showed no affinity for metals. However, when tested using endogenous thiols it showed the ability to modify their fluorescent signal both in vitro and in vivo.