Estudio y aplicaciones analíticas de los efectos del entorno molecular en la fluorescencia. Agregados moleculares auto-organizados.

Laburpena

Las biomoléculas constituidas por cadenas hidrocarbonadas largas, forman espontáneamente estructuras auto-organizadas en disolución con diferentes niveles de complejidad dependiendo de su composición, debido al efecto hidrofóbico. Estos sistemas ofrecen la posibilidad de incorporar moléculas a su estructura, constituyendo en ciertos casos vehículos para su transporte mediante procesos de carga y liberación [1]. Resultados experimentales previos obtenidos por nuestro grupo de investigación mostraron que ciertos fluoróforos experimentan aumentos en su emisión en presencia de compuestos que poseen cadenas hidrocarbonadas largas. Estos incrementos en la emisión no van acompañados de variaciones en su longitud de onda de emisión, y son debidos a las interacciones no-específicas, de naturaleza electrostática, que se crean entre la carga o el momento dipolar permanente del fluoróforo y las cadenas hidrocarbonadas polarizables [2-4]. Nuestro estudio se ha centrado en el catión coralina, fluoróforo alcaloide de tipo benzo(c)fenantridina [5], ya que además de proporcionar elevados incrementos en su emisión en presencia de cadenas hidrocarbonadas, presenta actividad antileucémica, antineoplásica e incluso antimicrobiana, presentando una relativa baja toxicidad [6,7], y también se ha demostrado interacciona con biomoléculas como ADN y ARN, vía intercalación [8,9]. En este contexto, uno de los objetivos de esta Tesis ha sido evaluar la capacidad como biomarcador fluorescente de la coralina a través de su incorporación a estructuras auto-organizadas hidrocarbonadas en disolución, tales como estructuras precursoras de membrana (compuestas por surfactantes o lípidos) y a estructuras fibrilares y bidimensionales (formadas por moléculas anfifílicas peptídicas). La aplicación conjunta de diferentes técnicas analíticas, con especial protagonismo de aquéllas basadas en fluorescencia, ha permitido interpretar y racionalizar los mecanismos implicados en la incorporación de la coralina a las diferentes estructuras auto-organizadas. Se demuestra que la coralina se comporta como un biomarcador fluorescente a través de este mecanismo de incorporación, cuyo fenómeno impulsor resulta ser un notable efecto hidrofóbico, incluso superando repulsiones electrostáticas en algunos casos. Esta incorporación tiene como resultado el incremento en la intensidad de fluorescencia de la coralina, que pueden ser explicados en términos de su incorporación a un medio apolar y rígido que constituyen las cadenas hidrocarbonadas, que van a proteger a la coralina de procesos de desexcitación diferentes de la fluorescencia, incrementándola [2, 10]. Los resultados obtenidos para el caso de la incorporación de la coralina a estructuras bidimensionales de oligoglicinas han mostrado cómo este tipo de estructura, altamente estable por formación de puentes de hidrógeno, constituye un nuevo tipo de transportador molecular bidimensional, con control de pH [11]. Se demuestra la eficiencia, rapidez y reversibilidad del proceso de carga y descarga (en medio ácido, como el de los tejidos tumorales) para este sistema. Además estas estructuras bidimensionales oligoglicínicas demuestran tener potencial para su utilización en un amplio abanico de aplicaciones, además de transporte molecular, como puede ser la solubilización de especies altamente hidrofóbicas o el utilizarse como sensores de pH incorporando moléculas fluorescenctes en su estructura. [1] Torchilin V. P. (2005). Fluorescence microscopy to follow the targeting of liposomes and micelles to cells and their intracellular fate. Advanced Drug Delivery Rev.; 57: 95¿109. [2] Cebolla V.L, Mateos E., Garriga R., Membrado L., Cossío F.P., Gálvez E.M., Matt M., Delgado-Camón A. (2012). Changes in Fluorescent Emission Due to Non-covalent Interactions as a General Detection Procedure for Thin-Layer Chromatography. ChemPhysChem.; 13: 291-299. [3] Cossío F. P., Arrieta A., Cebolla V.L., Membrado L., Domingo M.P., Henrion P., Vela J. (2000). Enhancement of fluorescence in Thin-Layer Chromatography induced by the interaction between n-alkanes and an organic cation. Anal. Chem.; 72: 1759-1766. [4] Gálvez E.M., Matt M., Cebolla V.L., Fernandes F., Membrado L., Cossío F.P., Garriga R., Vela J., Guermouche M.H. (2006). General contribution of nonspecific interactions to fluorescence intensity. Anal. Chem.; 78: 3699-3705. [5] Phillips S. D, Castle R. N. (1981). A review of the chemistry of the antitumor benzo[c]phenanthridine alkaloids nitidine and fagaronine and of the related antitumor alkaloid coralyne. J. Heterocyclic Chem.; 18: 223-232. [6] Gatto B., Sanders M.M., Yu C., Wu H. Y., Mahkey D., LaVoie E. J., Liu L. F. (1996). Identification of Topoisomerase I as the cytotoxic target of the protoberberine alkaloid coralyne. Cancer Res.; 56: 2795¿2800. [7] Whang L., Rogers B.D., Hecht S.M. (1996). Inhibition of Topoisomerase I function by coralyne and 5,6-dihydrocoralyne. Chem. Res. Toxicol.; 9: 75-83. [8] Islam M. M., Kumar G. S. (2009). Small molecule¿RNA interaction: Spectroscopic and calorimetric studies on the binding by the cytotoxic protoberberine alkaloid coralyne to single stranded polyribonucleotides. Biochimica et Biophysica Acta; 1790: 829-839. [9] Bhadra K., Kumar G. S. (2011). Interaction of berberine, palmatine, coralyne, and sanguinarine to quadruplex DNA: A comparative spectroscopic and calorimetric study Biochimica et Biophysica Acta; 1810: 485¿496. [10] Toptygin D. (2003). 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