Síntesis y caracterización de compuestos boronados diseñados como sondas para la detección de peroxinitrito

Abstract

Este trabajo de Tesis Doctoral se centró en el desarrollo de sondas moleculares fluorescentes como herramientas para la detección y cuantificación de peroxinitrito en sistemas celulares. Dada la relevancia del desarrollo de técnicas sensibles y confiables para la detección de especies oxidantes en sistemas biológicos, en este período se trabajó intensamente en la obtención y validación de sondas fluorescentes para la detección de especies nucleofílicas, en particular peroxinitrito. Analizando el estado del arte sobre métodos de detección y cuantificación de peroxinitrito, donde la inmensa mayoría de sondas reportadas carecen de la apropiada validación fisicoquímica y biológica, principalmente respecto al peroxinitrito producido endógenamente, y además la alta demanda del área redox en la necesidad de contar con métodos sensibles, conocidos y confiables es que se enfocó la presente Tesis en el estudio de este tema. En el desarrollo del trabajo se exploraron diferentes fluoróforos derivados de fluoresceína y de cumarina soportando ácidos o ésteres borónicos como centro electrofílico capaz de reaccionar con oxidantes nucleofílicos. Además, modificaciones estructurales de los derivados boronados de cumarinas, permitieron modular sus propiedades espectroscópicas e incluso direccionarlas a un sitio subcelular específico, desarrollando nuevas moléculas para la detección de este oxidante. Se desarrolló Fl-B (fluoresceína-boronato) y mediante su caracterización in vitro, análisis inéticos, ensayos de citotoxicidad y evaluación en sistemas celulares, se validó a Fl-B como una sonda sensible para la detección directa de peroxinitrito producido endógenamente. Además, los datos obtenidos permitieron estimar el flujo intracelular de peroxinitrito en células endoteliales normales, y en un modelo de parásitos internalizados por macrófagos. Estos estudios fueron punto de partida para colaborar tanto con los integrantes de nuestro grupo de investigación, como con otros grupos de investigación nacionales y extranjeros. Estas investigaciones utilizaron a Fl-B aquí desarrollada, como herramienta para el entendimiento de los mecanismos moleculares y celulares en el desarrollo de patologías relacionadas con el estrés nitroxidativo generando un gran avance para el área redox. Se realizó un estudio mecanístico con oxidantes marcados isotópicamente para completar la elucidación del mecanismo de reacción de boronatos con oxidantes de relevancia biológica. Como resultado se demostró inequívocamente el origen de los átomos de oxígeno en los productos formados. En este contexto, fue posible producir oxidantes marcados isotópicamente como radical superóxido (18O2•—), peroxinitrito marcado (16ON18O18O—), y peroximonocarbonato marcado (HC16O218O2—). Se demostró por primera vez de forma directa que la formación de 2-hidroxietidio (2-OH-E+) a partir de la sonda hidroetidio (HE) ampliamente utilizada para la detección de superóxido, implica la incorporación de un átomo de oxígeno proveniente del 18O2 •—. También se demostró que la oxidación de boronatos por H2 18O2 o 16ON18O18O— se acompaña de la incorporación de átomos de oxígeno provenientes de estos oxidantes, y no del medio de reacción. La incorporación de átomos de oxígeno provenientes del oxidante elimina cualquier tipo de ambigüedad sobre la identidad de la especie que se va a detectar. Conocer el mecanismo de reacción completo de las sondas reporteras con analitos específicos, es crucial para un correcto y riguroso entendimiento del sistema en estudio tanto in vitro como in vivo. Por último, se trabajó en el diseño de una nueva clase de compuestos con una mejor capacidad antioxidante que actúen previniendo o modulando el daño nitroxidativo, permitiendo el estudio y tratamiento de disfunciones redox. En este sentido, se desarrollaron nuevos compuestos basados en sustitución borónica derivados de tocoferoles para la detoxificación de peroxinitrito.