Caratterizzazione di fotosensibilizzatori NIR e coniugazione in sistemi nanoparticellari: studio in vitro della fotoattività del complesso

Photodynamic therapy (PDT) is a modern, minimally invasive form of therapy, used in the treatment of nononcologic diseases (such as bacterial infections) and tumors of various nature and location. It is based on the local or systemic application of a photosensitive compound, the photosensitizer, which, after accumulating in the target tissue, is excited by a light, at a certain wavelength. When activated, the photosensitizer (PS) reacts with oxygen and generates reactive oxygen species (ROS), causing cell death in the target tissue. Polymetin dyes (squaraines and cyanines) are of interest as possible PSs, as they are characterized by intense absorption in the near- infrared (NIR) region. In the biological field, this is crucial, as it is necessary to work in a specific wavelength region between 600 and 900 nm, known as the "therapeutic window," where absorption and auto-fluorescence of the organism's endogenous chromophores are not observed. They also possess high molar extinction coefficients, good photostability and strong fluorescence emission in organic solvents. Despite these attractive characteristics, their chemical instability and self- aggregation properties, under physiological conditions, still limit their use in PDT. Conjugation of polymetin dyes with nanoparticle systems allows these issues to be overcome. In the following work, some cyanines (LPD03) and the squaraine Br-Sq-C4, were characterized in order to search for a dye capable of producing ROS in a short time and to identify those most suitable to be conjugated to two different nanoparticle systems, synthesized in the laboratory, Carbon Dots and Mucosomes. The biocompatibility and photodynamic activity of squaraine and the CDs-BrC4 and MCs-BrC4 complexes were tested in vitro.

La terapia fotodinamica (PDT) è una forma di terapia moderna e minimamente invasiva, utilizzata nel trattamento di malattie non oncologiche (come le infezioni batteriche) e di tumori di varia natura e localizzazione. Si basa sull'applicazione locale o sistemica di un composto fotosensibile, il fotosensibilizzatore, che dopo essersi accumulato nel tessuto target, viene eccitato da una luce, ad una determinata lunghezza d’onda. Il fotosensibilizzatore (PS), attivato, reagisce con l’ossigeno e genera specie reattive dell’ossigeno (ROS), causando la morte delle cellule nel tessuto bersaglio. I coloranti polimetinici (squaraine e cianine) risultano interessanti come possibili PS, in quanto sono caratterizzati da un intenso assorbimento nella regione del vicino infrarosso (NIR). In campo biologico, questo aspetto è cruciale, in quanto è necessario lavorare in una specifica regione di lunghezza d'onda tra 600 e 900 nm, nota come "finestra terapeutica", dove non si osserva assorbimento e auto-fluorescenza dei cromofori endogeni dell’organismo. Possiedono, inoltre, elevati coefficienti di estinzione molare, una buona fotostabilità e una forte emissione di fluorescenza in solventi organici. Nonostante queste interessanti caratteristiche, la loro instabilità chimica e le proprietà di autoaggregazione, in condizioni fisiologiche, ne limitano ancora l'utilizzo nella PDT. La coniugazione dei coloranti polimetinici con sistemi nanoparticellari consente di superare queste problematiche. Nel seguente lavoro alcune cianine (LPD03) e la squaraina Br-Sq- C4, sono state caratterizzate allo scopo di ricercare un colorante capace di produrre ROS in breve tempo e individuare quelli più adatti ad essere coniugati a due differenti sistemi nanoparticellari, sintetizzati in laboratorio, i Carbon Dots e i Mucosomi. La biocompatibilità e l’attività fotodinamica della squaraina e del complesso CDs-BrC4 e MCs-BrC4 sono stati testati in vitro.