BODIPYs bearing a dimethylaminopropoxy substituent for imaging and photodynamic inactivation of bacteria

A new BODIPY (BDP 1) bearing a dimethylaminopropoxy group attached to a phenylene unit was synthesized. This compound was brominated to obtain the halogenated analog BDP 2, which was designed to enhance the photodynamic effect of BODIPY to kill bacteria without an intrinsic cationic charge. The basic amino group located at the end of the propoxy bridge can acquire a positive charge by protonation in an aqueous medium, increasing the binding to bacterial cells. Interaction and photokilling activity mediated by these compounds was evaluated in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. BDP 1 and BDP 2 were rapidly bound to bacterial cells, showing bioimages with green emission. Complete elimination of S. aureus was detected when cells were incubated with 1 μM BDP 2 and irradiated for 5 min. Comparable photoinactivation was obtained with E. coli, after an irradiation of 30 min. Furthermore, BDP 2 was effective to kill bacteria at very low concentration (0.5 μM). Thus, BDP 1 showed mainly interesting properties as a fluorophore, whereas BDP 2 was highly effective photosensitizer as a broad-spectrum antibacterial agent.Fil: Palacios, Yohana Belén. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Santamarina, Sofia Carla. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Durantini, Andres Matías. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentin

Porphyrin–Schiff base conjugates bearing basic amino groups as antimicrobial phototherapeutic agents

New porphyrin–Schiff base conjugates bearing one (6) and two (7) basic amino groups were synthesized by condensation between tetrapyrrolic macrocycle-containing amine functions and 4-(3-(N,N-dimethylamino)propoxy)benzaldehyde. This approach allowed us to easily obtain porphyrins substituted by positive charge precursor groups in aqueous media. These compounds showed the typical Soret and four Q absorption bands with red fluorescence emission (ΦF ~ 0.12) in N,N-dimethylformamide. Porphyrins 6 and 7 photosensitized the generation of O2 (1∆g) (Φ∆ ~ 0.44) and the photo-oxidation of L-tryptophan. The decomposition of this amino acid was mainly mediated by a type II photoprocess. Moreover, the addition of KI strongly quenched the photodynamic action through a reaction with O2 (1∆g) to produce iodine. The photodynamic inactivation capacity induced by porphyrins 6 and 7 was evaluated in Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Candida albicans. Furthermore, the photoinactivation of these microorganisms was improved using potentiation with iodide anions. These porphyrins containing basic aliphatic amino groups can be protonated in biological systems, which provides an amphiphilic character to the tetrapyrrolic macrocycle. This effect allows one to increase the interaction with the cell wall, thus improving photocytotoxic activity against microorganisms.Fil: Pérez, María Eugenia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Reynoso, Eugenia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Alvarez, María Gabriela. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Milanesio, María Elisa. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentin

Amphiphilic tricationic Zn(II)phthalocyanine provides effective photodynamic action to eradicate broad-spectrum microorganisms

A novel tricationic Zn(II)phthalocyanine derivative, (NCH3)3ZnPc3+, was synthesized by ring expansion reaction of boron(III) [2,9(10),16(17)-trinitrosubphthalocyaninato]chloride. First, the reaction of this subphthalocyanine with 2,3-naphthalenedicarbonitrile and Zn(CH3COO)2 catalyzed by 8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene was used to obtain the A3B-type nitrophthalocyanine. After reduction of nitro groups with Na2S and exhaustive methylation of amino groups, (NCH3)3ZnPc3+ was formed in good yields. In addition, the tetracationic analog (NCH3)4ZnPc4+ was synthesized to compare their properties. The absorption and fluorescence spectra showed the Q-bands and the red emission, respectively, which are characteristic of the Zn(II)phthalocyanine derivatives in N,N-dimethylformamide. Furthermore, photodynamic activity sensitized by these compounds was studied in the presence of different molecular probes to sense the formation of reactive oxygen species. (NCH3)3ZnPc3+ efficiently produced singlet molecular oxygen and also it sensitized the formation of superoxide anion radical in the presence of NADH, while the photodynamic activity of (NCH3)4ZnPc4+ was very poor, possibly due to the partial formation of aggregates. Furthermore, the decomposition of L-tryptophan induced by (NCH3)3ZnPc3+ was mainly mediated by a type II mechanism. Antimicrobial photodynamic inactivation sensitized by these phthalocyanines was evaluated in Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Candida albicans, as representative microbial cells. In cell suspensions, (NCH3)3ZnPc3+ was rapidly bound to microbial cells, showing bioimages with red fluorescence emission. After 5 min of irradiation with visible light, (NCH3)3ZnPc3+ was able to completely eliminate S. aureus, E. coli and C. albicans, using 1.0, 2.5 and 5.0 μM phthalocyanine, respectively. In contrast, a low photoinactivation activity was found with (NCH3)4ZnPc4+ as a photosensitizer. Therefore, the amphiphilic tricationic phthalocyanine (NCH3)3ZnPc3+ is a promising photosensitizing structure for application as a broad-spectrum antimicrobial phototherapeutic agent.Fil: Baigorria, Estefanía. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Di Palma, María Albana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Gsponer, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Milanesio, María Elisa. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentin

Light-Activated Antibacterial Polymeric Surface Based on Porphycene

A photoactivatable antimicrobial polymeric surface based on a porphycene derivate was efficiently prepared and evaluated to kill pathogenic microorganisms. The development of this self-sterilizing material consisted in the electrochemical polymerization of a peripherally tetra-substituted porphycene bearing benzyl-carbazole groups (Pc-Cbz). The latter were used as electropolymerizable centers, while the porphycene core triggered the photodynamic action. The electrodeposited photodynamic films (P-Pc-Cbz) were obtained in a reproducible and controllable manner. Electrochemistry studies combined with spectroscopic measurements demonstrated that the porphycene core remains unaffected after the electrodeposition process. Moreover, it retains its spectroscopic and photodynamic properties within the polymeric matrix. The photoactive layers were photostable and able to produce reactive oxygen species (ROS) by both photodynamic mechanisms. Also, the antimicrobial efficiency of P-Pc-Cbz was evaluated against two antibiotic-resistant strains (methicillin-resistant Staphylococcus aureus and Escherichia coli), exhibiting an antimicrobial action higher than 99.998% over these Gram-positive and Gram-negative bacteria. This work represents the first electropolymerization of a porphycene derivative and the first porphycene-based photobiocidal surface. P-Pc-Cbz shows great potential as an efficient self-sterilizing coating activated by visible light.Fil: Gonzalez Lopez, Edwin Javier. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Renfige Rodriguez, Yone Melisa. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Santamarina, Sofia Carla. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Macor, Lorena Paola. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Otero, Luis Alberto. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Gervaldo, Miguel Andres. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Durantini, Andres Matías. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Heredia, Daniel Alejandro. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentin

Photoinduced charge separation in organic-organic heterojunctions based on porphyrin electropolymers. Spectral and time dependent surface photovoltage study

Photoactive heterojunctions formed by porphyrin polymers were electrochemically generated and analyzed by both transient and spectral dependent surface photovoltage. Indium tin oxide/organic polymer heterojunction photovoltages showed to be dependent on the presence of Zn (II) as central metal on the porphyrin polymer structure. The porphyrin electropolymers were also successfully formed on the top of a poly 3,4-ethylenedioxythiophene layer, generated by electropolymerization. The presence of the hole transport polymer dramatically altered the formation and diffusion process of the photocarriers created by excitation of the porphyrin films. A marked increase in the generated photovoltages was observed when the porphyrin electropolymer external surfaces were modified with a layer of a strong electron acceptor (C60 buckminsterfullerene), showing that these heterojunctions could be used in the development of new solar energy technologies.Fil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Suárez Ramanzin, Maria Belen. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Santo, Marisa. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Dittrich, Thomas. Helmholtz Center Berlin for Materials and Energy; AlemaniaFil: Otero, Luis Alberto. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Gervaldo, Miguel Andres. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Antimicrobial photodynamic polymeric films bearing biscarbazol triphenylamine end-capped dendrimeric Zn(II) porphyrin

A novel biscarbazol triphenylamine end-capped dendrimeric zinc(II) porphyrin (DP 5) was synthesized by click chemistry. This compound is a cruciform dendrimer that bears a nucleus of zinc(II) tetrapyrrolic macrocycle substituted at the meso positions by four identical substituents. These are formed by a tetrafluorophenyl group that possesses a triazole unit in the para position. This nitrogenous heterocyclic is connected to a 4,4′-di(N-carbazolyl)triphenylamine group by means of a phenylenevinylene bridge, which allows the conjugation between the nucleus and this external electropolymerizable carbazoyl group. In this structure, dendrimeric arms act as light-harvesting antennas, increasing the absorption of blue light, and as electroactive moieties. The electrochemical oxidation of the carbazole groups contained in the terminal arms of the DP 5 was used to obtain novel, stable, and reproducible fully π-conjugated photoactive polymeric films (FDP 5). First, the spectroscopic characteristics and photodynamic properties of DP 5 were compared with its constitutional components derived of porphyrin P 6 and carbazole D 7 moieties in solution. The fluorescence emissions of the dendrimeric units in DP 5 were more strongly quenched by the tetrapyrrolic macrocycle, indicating photoinduced energy transfer. In addition, FDP 5 film showed the Soret and Q absorption bands and red fluorescence emission of the corresponding zinc(II) porphyrin. Also, FDP 5 film was highly stable to photobleaching, and it was able to produce singlet molecular oxygen in both N,N-dimethylformamide (DMF) and water. Therefore, the porphyrin units embedded in the polymeric matrix of FDP 5 film mainly retain the photochemical properties. Photodynamic inactivation mediated by FDP 5 film was investigated in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. When a cell suspension was deposited on the surface, complete eradication of S. aureus and a 99% reduction in E. coli survival were found after 15 and 30 min of irradiation, respectively. Also, FDP 5 film was highly effective to eliminate individual bacteria attached to the surface. In addition, photodynamic inactivation (PDI) sensitized by FDP 5 film produced >99.99% bacterial killing in biofilms formed on the surface after 60 min irradiation. The results indicate that FDP 5 film represents an interesting and versatile photodynamic active material to eradicate bacteria as planktonic cells, individual attached microbes, or biofilms.Fil: Heredia, Daniel Alejandro. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Martinez, Sol Romina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Andres Matías. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Pérez, María Eugenia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Mangione, Maria Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Gervaldo, Miguel Andres. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Otero, Luis Alberto. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentin

Fullerene C60 derivatives as antimicrobial photodynamic agents

Functionalized fullerenes have shown interesting biomedical applications as potential phototherapeutic agents. The hydrophobic carbon sphere of fullerene C60 can be substituted by cationic groups to obtain amphiphilic structures. These compounds absorb mainly UV light, but absorption in the visible region can be enhanced by anchoring light-harvesting antennas to the C60 core. Upon photoexcitation, fullerenes act as spin converters by effective intersystem crossing. From this excited state, they can react with ground state molecular oxygen and other substrates to form reactive oxygen species. This process leads to the formation of singlet molecular oxygen by energy transfer or superoxide anion radical by electron transfer. Photodynamic inactivation experiments indicate that cationic fullerenes are highly effective photosensitizers with applications as broad-spectrum antimicrobial agents. In these structures, the hydrophobic character of C60 improves membrane penetration, while the presence of positive charges increases the binding of the fullerene derivatives with microbial cells. Herein, we summarize the progress of antimicrobial photodynamic inactivation based on substituted fullerenes specially designed to improve the photodynamic activity.Fil: Heredia, Daniel Alejandro. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Andres Matías. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentin

Development of New Photoinactivation Strategies for Microbial Decontamination in Fruits and Packaging

The consumption of fruits and vegetables in the daily diet is an adequate condition for obtaining a healthy life. Therefore, decontamination is crucial to reducing the appearance of potentially dangerous microorganisms in these foods. In this work, a conjugate (CS-PPIX) of natural origin was synthesized from the covalent union of protoporphyrin IX (PPIX) and chitosan (CS) by amide bonds. This photosensitizer was developed to reduce the microbial load in fruits and food packaging through the photodynamic inactivation of microorganisms (PDI). A film of CS-PPIX showed an appreciable contact surface. The conjugation of PPIX to CS was confirmed by IR spectra. The absorption and emission spectra of the conjugate exhibited the characteristic PPIX bands, accompanied by a fluorescence quantum yield of 0.10. Photodynamic investigation indicated that CS-PPIX produced singlet molecular oxygen (ΦΔ = 0.40) in solution. Also, this compound was able to generate superoxide anion radicals with the assistance of the reductant nicotinamide adenine dinucleotide and efficiently photo-oxidize the amino acid l-tryptophan. PDI in vitro experiments were performed with the Gram-positive bacterium Staphylococcus aureus. Bacteria were eliminated (>99.9999% reduction in survival) when cell suspensions were treated with 1 μM CS-PPIX upon 30 min of irradiation with white light. Furthermore, no microbial growth was detected in cells immobilized on agar surfaces in the CS-PPIX-treated areas. Therefore, the PDI approach was evaluated to reduce the contamination of S. aureus on fruit surfaces and food containers. After treating the surfaces of apple and pear pieces with 10 nmol of CS-PPIX, a greater than 99.9% reduction in bacterial survival was observed upon an irradiation of 30 min. This conjugate was also effective in the photodynamic decontamination of polyethylene bags and polyethylene terephthalate packaging materials. Therefore, the CS-PPIX conjugate presents adequate properties to reduce the microbial load and preserve fresh foods.Fil: Larrea, Giuliana Antonela. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Gsponer, Natalia Soledad. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Heredia, Daniel Alejandro. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentin

Light-harvesting antenna and proton-activated photodynamic effect of a novel BODIPY-fullerene C60 dyad as potential antimicrobial agent

A covalently linked BODIPY−fullerene C 60 dyad (BDP−C 60 ) was synthesized as a two-segment structure, which consists of a visible light-harvesting antenna attached to an energy or electron acceptor moiety. This structure was designed to improve the photodynamic action of fullerene C 60 to inactivate bacteria. The absorption spectrum of BDP−C 60 was found to be a superposition of the spectra of its constitutional moieties, whereas the fluorescence emission of the BODIPY unit was strongly quenched by the fullerene C 60 . Spectroscopic, calculations, and redox studies indicate a competence between photoinduced energy and electron transfer. Protonating the dimethylaminophenyl substituent through addition of an acidic medium led to a substantial increase in the fluorescence emission, triplet excited state formation, and singlet molecular oxygen production. At physiological pH, photosensitized inactivation of Staphylococcus aureus mediated by 1 μM BDP−C 60 exhibited a 4.5 log decrease of cell survival (>99.997 %) after 15 min irradiation. A similar result was obtained with Escherichia coli using 30 min irradiation. Moreover, proton-activated photodynamic action of BDP−C 60 turned this dyad into a highly effective photosensitizer to eradicate E. coli. Therefore, BDP−C 60 is an interesting photosensitizing structure in which the light-harvesting antenna effect of the BODIPY unit combined with the protonation of dimethylaminophenyl group can be used to improve the photoinactivation of bacteria.Fil: Agazzi, Maximiliano Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Gsponer, Natalia Soledad. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Andres Matías. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Bertolotti, Sonia Graciela. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentin

Charge density distribution effect in pyrrolidine-fused chlorins on microbial uptake and antimicrobial photoinactivation of microbial pathogens

Two novels structurally related pyrrolidine-fused chlorins were synthesized from 5,10,15,20-tetrakis(pentafluorophenyl)chlorin by nucleophilic aromatic substitution of the para-fluoro groups. The reaction with 2-dimethylaminoethanol produced TPCF16-NMe2 in 77% yield, while TPCF16-NBu was obtained using butylamine in 87% yield. The latter was extensively methylated to form TPCF16-N+Bu in 92% yield. The synthetic strategy was designed to compare the effect of charge density distribution on chlorin in the efficacy to induce photodynamic inactivation of pathogens. TPCF16-NMe2 has five tertiary amines that can acquire positive charges in aqueous medium by protonation. Furthermore, four of the cationic groups are located in amino groups linked to the chlorine macrocycle by an aliphatic structure of two carbon atoms, which gives it greater movement capacity. In contrast, TPCF16-N+Bu presents intrinsic positive charges on aromatic rings. Absorption and fluorescence emission properties were not affected by the peripheral substitution on the chlorin macrocycle. Both photosensitizers (PSs) were able to form singlet molecular oxygen and superoxide anion radical in solution. Uptake and photodynamic inactivation mediated by these chlorins were examined on Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Both phototherapeutic agents produced efficient photoinactivation of S. aureus. However, only TPCF16-NMe2 was rapidly bound to E. coli cells and this chlorin was effective to photoinactivate both strains of bacteria using lower concentrations and shorter irradiation periods. Our outcomes reveal that the charge density distribution is a key factor to consider in the development of new PSs. Accordingly, this work stands out as a promising starting point for the design of new tetrapyrrolic macrocycles with application in PDI.Fil: Heredia, Daniel Alejandro. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Durantini, Javier Esteban. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Ferreyra, Darío David. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Reynoso, Eugenia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Gonzalez Lopez, Edwin Javier. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Andres Matías. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Milanesio, María Elisa. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentin