Artemia salina

213 Pages·2015·5.77 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE QUÍMICA
Programa de Pós-Graduação em Química

Compostos de ferro de interesse farmacológico:
Avaliação da estabilidade, toxicidade em
organismos aquáticos, transporte em células e
capacidade de gerar reservatórios de ferro lábil

HECTOR AGUILAR VITORINO

TESE DE DOUTORADO
Área: Química

Versão corrigida

Orientador: Breno Pannia Espósito

São Paulo

Data de depósito na SPG: 18/11/2015
HECTOR AGUILAR VITORINO

Compostos de ferro de interesse farmacológico:
Avaliação da estabilidade, toxicidade em organis-
mos aquáticos, transporte em células e capacidade
de gerar reservatórios de ferro lábil

Tese apresentada ao Instituto de Química da
Universidade de São Paulo para a obtenção do
Título de Doutor em Química

Orientador: Breno Pannia Espósito

São Paulo

2015
“Em algum lugar, algo incrível espera para ser conhecido”
Carl Sagan
À minha mãe Paulina, ao meu pai Genaro
(In memoriam), ao Miguel e aos meus irmãos
Mirian, Elizabeth, Genaro, Elvira, Miguel,
Angel, Luis e Jennifer.
Agradecimentos Especiais

Aos meus pais, Paulina Vitorino Quiñones e Genaro Aguilar Castro, e a Mi-
guel Angel Vargas Arqque pelo exemplo de perseverança, pelas lições ao longo da
vida, principalmente por sempre me incentivarem a estudar, adquirir novos conheci-
mentos e por aceitarem minha ausência em vários momentos.

Ao meu grande amor, Priscila Ortega,
por sempre me apoiar em todas as formas de ajuda, carinho, amor e dedicação.

Aos meus irmãos Mirian, Elizabeth, Genaro, Elvira, Miguel, Angel, Luis e
Jennifer, por tudo que aprendi, pelo apoio constante e a força que me deram a longa
distância durante minha estadia em São Paulo.

Aos meus sobrinhos Valery, Patrícia, Enrique, Grace, Estefani, Thiago, Carito,
Briana e Noah que são a grande alegria da família.

Ao Prof. Dr. Breno Pannia Espósito,
por me receber de portas abertas em seu laboratório, por todo ensinamento e ajuda
sempre que precisei, pela sua empolgação contagiante pela ciência e em especial pela
grande amizade.
Agradecimentos

À profa. Flavia Pinheiro Zanotto, pela colaboração incondicional como o uso
de laboratório, discussões de biologia marinha e em especial a amizade.

À Profa. Dra. Ana Maria da Costa Ferreira, por todo o empenho em me auxili-
ar sempre que precisei.

À Profa. Dra. Liane Marcia Rossi, pela colaboração do uso de laboratório e
orientações na sua especialidade.

Ao Prof. Dr. Flavio Maron Vichi, pela colaboração no uso do equipamento de
difração de raios-X.

Ao Prof. Josef Wilhelm (Willi) Baader, pelo apoio financeiro para meu desen-
volvimento como pesquisador na realização deste projeto.

À Profa. Dra. Denise de Oliveira Silva, pela seriedade permanente oferecida no
momento de ser qualificado para encaminhar meu título de doutor.

Ao Prof. Dr. Robert Hider – King´s London College – pela orientação e discus-
sões nos meses que trabalhamos juntos.

Ao Dr. Vincenzo Abbate – King´s London College – pela constante ajuda e au-
xílio constante no laboratório durante os meses de estadia em Londres.

Ao MSc. Luca Mantovanelli, pela colaboração constante na manipulação das
artêmias, que foi o caminho para a produção de nosso primeiro artigo.

À MSc. Fabiane Capraro, mais que uma exímia técnica, uma grande amiga que
tive o privilégio de conhecer, agradeço toda sua ajuda durante estes anos.

Aos funcionários do IQ-USP Francisco Augusto de Azevedo, Milton Cesar
Santos, Marcelo de Alcantara e Silvia Paula de Oliveira, pelo apoio e orientação
constante, que foram uma parte importante para o meu desenvolvimento administrativo
e organizacional.

Aos Docentes do departamento de Química fundamental do Instituto de Quími-
ca.

A Roxana Y. Pastrana Alta, pela amizade, ajuda constante e inspiração para
poder desenvolver meu projeto no exterior, ´´no pain, no gain´´, ´´fighting´´, ´´gar´´,
´´fuchifu´´ muchas gracias.

A Gustavo Fernandez, pela inspiração inicial e ajuda constante para poder su-
portar todos os meus problemas no começo de estadia no São Paulo, pelos lanches
´´Roldonianos´´, pela grande amizade.

A Marco Aurélio Suller García, pela amizade, brigas e ajuda constante durante
o desenvolvimento do meu projeto.

A Dibakar Goswami, pela amizade e momentos vividos durante sua estadia no
Brasil.

A todos os amigos e colegas do laboratório LAQBAM, em especial a Jessica
Esposito, Carolina Arashiro e Paloma de Queiroz.

À Universidade de São Paulo por ceder a infraestrutura para o desenvolvimen-
to desse trabalho.

A FAPESP e CAPES pelo apoio financeiro.

E enfim a todos aqueles que vibraram juntos pela realização e conquista deste traba-
lho. Muito obrigado!
RESUMO
Vitorino, H.A. Compostos de ferro de interesse farmacológico: Avaliação da esta-
bilidade, toxicidade em organismos aquáticos, transporte em células e capacidade
de gerar reservatórios de ferro lábil. 2015. (196p). Tese (Doutorado) – Programa de
Pós-Graduação em Química. Instituto de Química, Universidade de São Paulo, São Pau-
lo.

A sobrecarga de ferro é uma condição desfavorável tanto para humanos (porta-
dores de disfunções no metabolismo desse metal, ou submetidos a intensos regimes de
transfusão) como, possivelmente, para os organismos aquáticos. Metalofármacos de
ferro compreendem agentes anti-hipertensivos, anti-microbianos e suplementos mine-
rais; mais recentemente, o uso de nanomateriais magnéticos à base de ferro vem sendo
proposto para diversas aplicações clínicas ou farmacológicas. Contudo, os possíveis
danos por sobrecarga induzida desses compostos não são totalmente compreendidos
tanto para humanos e no ambiente aquático. Neste trabalho se usaram fármacos comer-
ciais com diferentes revestimentos, de uso animal e humano, obtidos de diferentes in-
dústrias brasileiras. Também se sintetizaram derivados de ferroceno (Fc) (TMH-Fc,
TMH -Fc), e nanopartículas magnéticas solúveis em água de três tamanhos (5,8,12 nm)
2
pelo método de decomposição térmica a partir do Fe(acac) . Em seguida, se avaliou a
3
estabilidade dos metalofármacos de ferro em meios fisiologicamente relevantes, frente a
sideróforos e/ou moléculas envolvidas no transporte do metal (CAL, Fl-Tf, Fl-DFO),
mostrando disponibilidade de ferro só para os derivados de Fc a pH 7,4. A capacidade
de geração de espécies reativas de oxigênio, medida por oxidação da DHR, foi detecta-
da só para os derivados de Fc e nanomaterias. Um teste de toxicidade em Artemia salina
de primeiro estágio foi positivo para o TMH-Fc (LC50 76,7 µM). Finalmente se estudou
a capacidade de estocagem de ferro em células epiteliais de hepatopâncreas do caran-
guejo de mangue Ucides cordatus, em diferentes etapas de desenvolvimento (E, R, F e
B). Todas mostraram transporte de metalofármacos e nanomaterias, e só os tipos celula-
res F e B incorporaram os derivados de Fc. Vários dos compostos de ferro estudados,
com aplicações principalmente farmacológicas, poderiam ser disponibilizados no meio
ambiente, principalmente no aquático. Os nossos resultados mostram que a capacidade
de disponibilizar ferro e de gerar EROs podem ser quantificadas eficazmente por méto-
dos de fluorescência. Além disso, sua possível toxicidade pode ser monitorada no meio
marinho por bioindicadores de toxicidade e de acúmulo de metais.

Palavras-chave: ferro, Artemia salina, Ucides cordatus, toxicidade, fluorescência
ABSTRACT
Vitorino, HA. Iron compound of pharmacological interest: Evaluation of stability,
toxicity against aquatic organisms, transport in cells and capacity to generate la-
bile iron pool. 2015. (196p). Thesis (PhD) - Graduate Program in Chemistry. Institute
of Chemistry, University of São Paulo, São Paulo.

Iron overload is an unfavorable condition for both humans (patients with disor-
ders in the metabolism of the metal, or subjected to intense transfusion) and possibly to
aquatic organisms. Iron metallodrugs include antihypertensive agents, antimicrobial and
mineral supplements. More recently, the use of magnetic iron based nanomaterials has
been proposed for various clinical or pharmacological applications. However, possible
overload damage induced by these compounds is not fully understood for both humans
and aquatic organisms. For this work, we used commercial drugs with different coat-
ings, for animal and human use, obtained from different Brazilian industries. Also we
synthesized ferrocene (Fc) derivatives (TMH-Fc TMH2-Fc) and water soluble magnetic
nanoparticles in three different sizes (5,8,12 nm) by the thermal decomposition method
from Fe(acac) . We evaluated the stability of iron metallodrugs in physiologically rele-
3
vant medium against siderophores and/or molecules involved in metal transport (CAL,
Fl-Tf, Fl-DFO), where we found iron availability only for ferrocene derivatives at pH
7.4. The ability to generate reactive oxygen species was measured by oxidation of DHR,
and was present in the ferrocene derivative and nanomaterials. A toxicity assay on first
stage Artemia salina was positive for TMH-Fc (LC50 76.7 µM). Finally, we studied the
iron storage capacity of hepatopancreatic cells of a mangrove crab, Ucides cordatus, at
different stages of development (E, R, F and B). All displayed transport of metallodrugs
and nanomaterials, and only the cell types F and B incorporated ferrocene derivatives.
Several of the iron compounds studied, particularly of pharmaceutical application, could
be made available in the environment, especially in water. Our results show that the
ability to supply iron and to generate ROS can be effectively quantified by fluorescence
methods. In addition, their possible toxicity can be monitored in the marine environ-
ment with biomarkers of toxicity and accumulation of metals.
Keywords: iron, Artemia salina, Ucides cordatus, toxicity, fluorescence