Página de Difusión Proyecto FONDECYT 1160705

Novel glycolipids with singlet oxygen generation capabilities: synthesis, characterization and lectin interactions

La terapia antibacteriana es sin duda alguna uno de los desarrollos médicos más importantes del siglo pasado; Desafortunadamente la propagación de la resistencia bacteriana tanto en los entornos sanitarios como en la misma comunidad es una gran amenaza para los enormes avances logrados. El análisis de organismos de salud y de datos epidemiológicos muestra que en los últimos 50 años la evolución y propagación de estos organismos multirresistentes ha tenido una drástica aceleración. Esta situación tiene su origen en malas prácticas en el control de infecciones, en el uso negligente de antibióticos que hace que el tratamiento se vuelva cada vez más difícil a medida que los patógenos desarrollan inmunidad contra los antibióticos administrados con más frecuencia de lo necesario y un aumento de la morbilidad.

La aparición de infecciones resistentes a los medicamentos actuales ha fomentado el desarrollo de nuevos tratamientos contra las bacterias, centrándose en estrategias multiobjetivo en comparación con objetivos específicos utilizados para los antibióticos convencionales, con el fin de evitar la aparición de resistencia. Una estrategia que ha sido ampliamente investigada en las últimas décadas es el uso de la inactivación bacteriana basada en la luz llamado "Terapia Fotodinámica Antibacteriana (aPDT)". En este tipo de tratamiento, una molécula (comúnmente conocida como fotosensibilizador) se activa mediante la luz para generar especies reactivas de oxígeno, una de ellas es el oxígeno singulete, molécula de oxígeno excitada que es capaz de oxidar, lo que conduce a la muerte de la bacteria. Dado que el oxígeno singulete es capaz de reaccionar con diversas biomoléculas presentes en los organismos vivos y no hay enzimas específicas o biomoléculas en las células vivas que puedan contrarrestar su efecto, su presencia convierte el tratamiento en una estrategia multiobjetivo (de hecho, no hay referencias sobre resistencia a aPDT).

Considerando que el fotosensibilizador debe encontrarse cerca de la superficie bacteriana para tener un mejor efecto, en este proyecto diseñamos y sintetizamos compuestos capaces de generar oxígeno molecular singulete y simultáneamente interactuar con las bacterias a través del reconocimiento de azucares. Numerosas bacterias, virus, toxinas, hongos y protozoos utilizan el reconocimiento por proteínas (lectinas) de carbohidratos específicos como mecanismo inicial de unión celular de sus procesos infecciosos (por ejemplo E. coli, implicadas en la mayoría de las infecciones del tracto urinario, inicia la fijación del proceso de infección a las moléculas de manosa presentes en la pared de la vejiga. También se sabe a partir de los años 50 que el virus de la gripe reconoce carbohidratos específicos en la célula huésped.

En este proyecto se sintetizaron una serie de nuevos glicolípidos, diseñados de forma que en su estructura química se combine la presencia de un azúcar específico (manosa, galactosa y lactosa, reconocidos por lectinas especificas) con un grupo fotoactivo (pireno o fenalona, el primero de ellos presenta la capacidad de emitir luz, fluorescer, y ambos son particularmente buenos generadores de oxígeno molecular singulete). Como resultado de este trabajo de investigación, podemos señalar que todos los compuestos obtenidos, se comportan como surfactantes, pudiendo incorporarse sin dificultad a membranas sintéticas. Y que conservaron su capacidad de interactuar con lectinas específicas y sus características fotofísicas (emisión y / o generación de oxígeno singlete) permanecen sustancialmente inalteradas e independientes del azúcar presente.

Este comportamiento, abre futuras aplicaciones tanto para la detección (fluorescencia) o inactivación (oxígeno singulete) específica de patógenos, virus, células tumorales o células particulares.

Productos PROYECTO FONDECYT 1160705
Examenes de Grado:
	NUEVOS GLICOLÍPIDOS DERIVADOS DE LA FENALENONA: CAPACIDAD DE GENERAR OXÍGENO MOLECULAR SINGULETE. Memoria para optar al título de Química. Paula Constanza Miranda Leighton 2018. En este trabajo se sintetizaron dos compuestos derivados de la fenalenona: con manosa y galactosa como azúcar y un espaciador de seis carbonos. Se determinaron sus propiedades mediante absorción UV-Visible, se evaluó su estabilidad frente a la luz  y su capacidad de generar de oxígeno excitado. Además, se estudió su capacidad para agregarese formando micelas formados por estos glicolípidos mediante la concentración micelar crítica y se evaluaron los rendimientos cuánticos de generación de oxígeno molecular singulete en micelas. Ambos glicolípidos sintetizados presentan el mismo comportamiento que su precursor, es decir, los sustituyentes incorporados no modifican su capacidad de absorción de luz, su fotoestabilidad ni su capacidad de generar oxígeno excitado, son por lo tanto buenos sensibilizadores de oxígeno molecular singulete. Los compuestos sintetizados son poco solubles en agua, sin embargo, son capaces de formar micelas en este medio a partir de concentraciones de ~ 0,2 [mM]. Además, pueden formar micelas mixtas con otros surfactantes aumentando así su solubilidad en medio acuoso. En definitiva, ambos presentan una importante capacidad de generar oxígeno excitado en agua  y formando micelas
Presentaciones a Congresos:
	- Understanding the interaction of Concanavalin A with mannoside glycoliposomes: A Surface Plasmon Resonance and Fluorescence study, Catalina Sandoval-Altamirano, Susana A. Sanchez, Nancy F. Ferreyra, German Gunther, 14th CLAFQO, Concón, Chile, 7-11 mayo de 2017. Resumen Poster
	- Glycolipids application, hydrophobic balance rules them all, Invited Lecture, 14th CLAFQO, Concón, Chile, 7-11 mayo de 2017 Presentacion
	- Photophysical Characterization of Phenalenone Derivatives, Paula Miranda, Catalina Sandoval, Susana A. Sanchez, Nancy Pizarro, German Gunther, XIII ELAFOT, Villa Carlos Paz, Córdoba, Argentina. 23-27 de octubre 2017. Resumen Poster
	- Caracterización fotofísica de derivados hidroxi y etoxi de fenalenona, Sandoval-Altamirano, C., Miranda, P., De la Fuente, J.R., Morales, J., Pizarro, N., Gunther, G, XXXII Jornadas Chilenas de Química, Puerto Varas, Chile, 9-12 enero, 2018. Resumen Poster
	- Photophysical Characterization of Phenalenone Derivatives, C. Silva;P. Miranda; C. Leal; C. Sandoval; N. Pizarro; G. Gunther, XIV ELAFOT, Viña del Mar, 10-14 de octubre de 2019. Resumen Poster
	- Síntesis y Fotofísica de Derivados de la 6-(n-(Trimetilamonio)alquiloxi)-3-metilfenalenona. Fotosensibilizadores Para Sistemas Microheterogéneos, C. Silva; C. Leal; G. Gunther, XXXIII Jornadas Chilenas de Química. Puerto Varas, 7-10de enero de 2020. Resumen Poster
Charlas:
	- Glycolipids a question of balance, G Gunther, Utokyo, Pontificia Universidad Católica, Noviembre 2016 Presentación
	- Fototerapia Dinámica, aspectos fotoquímicos, G. Gunther, Workshop de Química Biologica, Pontificia Universidad Católica, Mayo 2017 Presentación
Publicaciones:
	- Sandoval-Altamirano, C., et al., Alkyl-mannoside derivatives: Glycolipids able to form big size aggregates. Journal of Physical Organic Chemistry, 2019. 32(1).
	- Sandoval-Altamirano, C., et al., Photophysical characterization of hydroxy and ethoxy phenalenone derivatives. Journal of Photochemistry and Photobiology a-Chemistry, 2018. 353: p. 349-357.
	- Sandoval-Altamirano, C., et al., Curvophilic-curvophobic balance of monoalkyl-mannosides determines the magnitude of disturbance promoted in synthetic bilayers. Journal of Molecular Liquids, 2019. 282: p. 347-355.

Grupo de trabajo:
Investigador Responsable:
	Dr. Germán Gunther	ggunther@ciq.uchile.cl	Universidad de Chile
Co Investigadores:
	Dra. Susana Sánchez	susanchez@udec.cl	Universidad de Comcepcion
	Dra. Nancy Pizarro	npizarro@unab.cl	Uniivesidad Nacional Andres Bello
Colaboradores y alumnos
	Dr. Javier Morales V.		Universidad de Chile
	Dra. Catalina Sandoval-Altamirano	catalina.sandoval.a@usach.cl	Universidad de Santiago de Chile
	Christian Silva G.
	Paula Miranda L.
	Catalina Leal