New strategies in antimicrobial photodynamic therapy and singlet oxygen detection

Abstract

Tres estratègies adreçades a aportar una major perspectiva en el camp de la teràpia fotodinámica antimicrobiana comprenen la primera part de la tesi. En una primera aproximació, sis fotosensibilitzadors catiònics, amb diferent càrrega elèctrica neta i estructura, han estat caracteritzats en dissolució i les seves propietats fotoinactivadores provades contra diferents tipus de microorganismes. En una segona aproximació, conjugats entre un fotosensibilitzador i el pèptid antimicrobià Apidaecina 1b han estat analitzats fotofísica i mecanísticament, i les seves propietats correlacionades amb la seva habilitat fotosensibilitzadora en bacteris. En l'última aproximació, dues proteïnes fluorescents –TagRFP i miniSOG- han estat expressades en E. coli i s'ha estudiat la seva fototoxicitat així com el seu mecanisme d'acció. A més, s'ha reevaluat i estudiat en detall la capacitat de miniSOG per fotosensibilitzar la formació d'oxigen singlet.

En la segona part de la tesi, l'interès s'ha centrat en la detecció d'oxigen singlet. En la primera secció, s'ha avaluat la capacitat de detecció en dissolució d'una nova díada composta per un naftoxazol i una trampa química d'oxigen singlet. En l'última secció, es desenvolupa, prova i discuteix la viabilitat de nanopartícules de poliacrilamida com a plataforma potencial per a la detecció d'oxigen singlet en sistemes intracel•lulars.

Tres estrategias destinadas a aportar una mayor perspectiva en el campo de la terapia fotodinámica antimicrobiana componen la primera parte de la tesis. En una primera aproximación, seis fotosensibilizadores catiónicos, con distinta carga eléctrica neta y estructura, han sido caracterizados en disolución y sus propiedades fotoinactivadoras probadas contra diferentes tipos de microorganismos. En una segunda aproximación, conjugados entre un fotosensibilizador y el péptido antimicrobiano Apidaecina 1b han sido analizados fotofísica y mecanísticamente, y sus propiedades correlacionadas con su habilidad fotosensibilizadora en bacterias. En la última aproximación, dos proteínas fluorescentes –TagRFP y miniSOG- han sido expresadas en E. coli y se ha estudiado su fototoxicidad así como su mecanismo de acción. Además, se ha reevaluado y estudiado en detalle la capacidad de miniSOG para fotosensibilizar la formación de oxígeno singlete.

En la segunda parte de la tesis, el interés se ha centrado en la detección de oxígeno singlete. En la primera sección, se ha evaluado la capacidad de detección en disolución de una nueva díada compuesta por un naftoxazol y una trampa química de oxígeno singlete. En la última sección, se desarrolla, prueba y discute la viabilidad de nanopartículas de poliacrilamida como plataforma potencial para detección de oxígeno singlete en sistemas intracelulares.

Three strategies addressed to give further scope on to the antimicrobial photodynamic therapy field comprise the first part of the thesis. In a first approach, six cationic photosensitisers varying in the net electrical charge and structure have been characterised in solution and their photoinactivation skills have been tested against different types of microorganisms. In a second approach, conjugates between a photosensitiser and the antimicrobial peptide Apidaecin 1b have been analysed in a photophysical and mechanistic way, and their properties have been correlated with their bacterial photoinactivation ability. In the last approach, two fluorescent proteins –namely TagRFP and miniSOG- have been expressed in E. coli and their phototoxicity has been studied and characterised mechanistically. Moreover, the capacity of miniSOG to photosensitise singlet oxygen formation has been revisited and studied in detail.

In the second part of the thesis, focus has been shifted towards singlet oxygen detection. In the first section, the probing ability of a new dyad comprising a naphthoxazole moiety plus a singlet oxygen chemical trap has been evaluated in solution. In the last section, we develop, test, and discuss the feasibility of a polyacrylamide nanoparticle scaffold as a potential platform for singlet oxygen detection in intracellular systems.