Implicatii biologice si terapeutice ale colorantilor

IMPLICATII BIOLOGICE SI TERAPEUTICE ALE COLORANTILOR

Procesele redox si de fotosensibilizare in biostructuri, ca si interferenta acestora cu sistemele cromogene prezinta certe implicatii biologice: de diagnoza, de clarificare a unor modificari la nivel celular sau molecular si de profilaxie.

Generalizarile sunt extrem de dificile datorita interdependentelor complexe dintre factorii interni, ce depind de biostructura si cei externi, conditionati de elemente constitutive, sterice, energetice.

Pretentia de delimitare stricta a cauzelor si efectelor la nivelul biomacromoleculelor este hazardanta, din cauza conexiunilor morfologice si functionale dinamice si inalt specializate, precum si a susceptibilitatii comparabile de interactie cu perturbatorii externi.

Pe masura acumularii informatiilor, a perfectionarii tehnicilor de investigatie, ca si prin modelarea biosistemelor, civilizatia umana va deveni beneficiara unui arsenal adecvat de protectie fata de actiunea agentilor externi perturbatori, infectanti sau mutageni. Va beneficia si de interventie pentru eliminarea cauzei si nu doar pentru determinarea efectului, va beneficia de terapie cu hormoni si enzime, de valorificare a ingineriei genetice.

In acest context, sunt exemple selectate, in special din seria proceselor ce implica participarea sistemelor cromogene.

Anion-radicalul de oxigen, format in procese enzimatice de fotoreducere unielectronica a oxigenului cu flavina sau alte sisteme cromogene, poate exercita efecte toxice asupra celulelor.

Un rol de protectie ii revine superoxid dismutazei. Astfel O.₂^- produce distructia oxidativa a ribonucleazei (autooxidarea lizil - t - ARN` - sintetazei) si inactivarea ADN.

De asemenea, a fost examinata participarea ionului superoxid sau a oxigenului singlet, format prin dismutatie, la peroxidarea lipidelor.

Reactia O.₂^- cu catechilaminele conduce la formarea unor combinatii ale acestora cu proteinele, la nivelul microzomilor, incriminati in producerea hepatitei.

S-a stabilit ca O.₂^- produce micsorarea vascozitatii lichidului sinorial prin depolimerizarea acidului hialuronic, ceea ce conduce la artrite inflamatorii.

Pe de alta parte, ionul superoxid poate argumenta efectul agentilor cancerigeni, tesuturile tumorale fiind mai sensibile la oxidare decat cele normale.

Reactivitatea mare a O.₂^- influenteaza mecanismele de aparare ale organismului, prin implicarea ionului superoxid la oxidarea enzimatica.

Formarea radicalilor liberi in structurile lipidice, bistratificate ale membranelor citoplasmatice, implicarea lor in modificarile provocate de imbatranire, au fost corelate cu decelarea unor pigmenti fluorescenti, in special, in miocard.

Acesti pigmenti (domeniu de excitare 369-390 nm, domeniu de emisie 430-470 nm), rezultat al interactiei lipidelor peroxidate cu proteine denaturate, sunt insolubili, prezinta reticulare tranversala si pot fi adsorbiti dar nu distrusi de lizosomi.

Cancerogeneza, domeniu de intense investigatii biologice, cu problematica controversata, departe de a fi clarificata, implica si considerarea sistemelor cromogene.

Astfel, s-a constatat existenta unui paralelism intre cancerogenitatea colorantilor azoici si susceptibilitatea lor de reactie cu anumite proteine.

Sunt posibile corelatii, pe baza teoriei orbitalilor moleculari, intre reactivitatea anumitor domenii structurale si proprietatile cancerigene.

Se pare ca proprietatile cancerigene depind de tendinta de protonare in pozitia β a cromoforului si aditia nuceofila (in pozitia 2) a azocolorantilor protonati.

Estimarea capacitatii donoare si acceptoare de electroni a compusilor cancerigeni indica dispunerea acestora intre doi componenti biologici, unul electronodonor, iar celalalt electronoacceptor, procesul de intercalare fiind influentat de efecte sterice si metabolism.

Se pare ca sistemul preferential afectat este cel al fosforilarii oxidative, fiind favorizata dezvoltarea celulelor cu glicoliza marita, specifica tesuturilor tumorale.

In sistemul fosforilarii oxidative, o serie de coenzime se caracterizeaza prin tendinta de a forma complecsi cu transfer de sarcina (NAD, FMN) acceptand electroni de la menandiona, ce functioneaza ca acceptor fata de un rest de triptofan din constitutia unei enzime adecvate.

Lezarea produsa de coloranti in concentratii mari la intuneric, vizeaza legarea ADN, in timp ce la concentratii mici, in prezenta luminii si oxigenului, se inregistreaza o inactivare a majoritatii componentelor celulare.

Distructia fotodinamica consta in lezarea membranelor, afectarea metabilismului, inregistrandu-se efecte letale in cazul virusurilor, ciupercilor, organismelor uni si pluricelulare vegetale si animale.

Efectul fotodinamic se manifesta nociv si asupra organismului uman ca urmare a descompunerii in tegumente a profirinelor fotosensibilizatoare, la iradierea, chiar de scurta durata a subiectilor.

Efectul poate fi atenuat sau inlaturat prin administrare de carotinoide.

Intercalarea colorantilor organici in ADN poate asigura protectie fata de efectul radiatiilor UV.

Se evita astfel formarea dimerilor pirimidinici, respectiv transferul de energie de la colorantul excitat la componentii acizilor nucleici, soldat cu micsorarea continutului in astfel de dimeri.

Pe de alta parte, marirea sensibilitatii la radiatii UV si ionizante prin tratare cu coloranti se datoreste inhibarii procesului de reactionare dupa iradiere.

Sunt implicate si restrictii sterice pentru enzimele reactivatoare.

Inactivarea fotosensibilizata datorita derivatilor furocumarinici manifestata preferential la nivelul ADN din tesutul epidermic se aplica in terapia unor tumori (ca si psoriazisului).

In acelasi timp, inactivarea fotosensibilizata, corect condusa, ar putea constitui un remediu pentru anihilarea unor agenti nocivi, datorita rezistentei diferite a microorganismelor la actiunea fotodinamica.

1.Coloranti in practica medicala

Industria de medicamente este o reusita a secolului XX, iar inceputurile ei le-a facut P. Erlich.

Acesta a constatat ca parazitul malariei este intens colorat, dar si distrus de Albastru de Metilen.

Aceasta a facut ca primele substante chimioterapeutice sa fie cercetate dintre colorantii cunoscuti atunci; unele boli (tripanosomiaze) s-au ameliorat sau chiar vindecat cu disazoici simpli ca Rosu Tripan si Albastru Tripan.

Utilizarea unor coloranti in calitate de chimioterapeutice, agenti de diagnoza sau citostatice impune indeplinirea unor conditii, adesea improprii calitatii de colorant industrial, si anume: structura declarata, calitatea atestata, puritate corespunzatoare medicamentelor, solubilitate corespunzatoare eliminarii renale sau biliare, reactivitate chimica in vivo nesemnificativa, stabilitate chimica, pH fiziologic, stabitate termica la sterilizare, coeficient de extinctie molar mare (doze eficace mici), lipsa toxicitatii (mai ales hepatice), sa nu se cumuleze in organism.

Clasele mari de coloranti cu aplicatie in practica medicala sunt: azoicii, antrachinonicii, trifenilmetanicii si polimetinicii.

Colorantii azoici

Primii coloranti azoici folositi in terapie au utilizat drept m- fenilen-diamina drept cuplanta.

Cu amine simple ca anilina si p-fenetidina au rezultat dezinfectantii Crisoidin respectiv Etoxazen, ultimul cu efect analgezic.

Cuplarea anilinei diazotate cu 2,6-diamino-piridina duce la antisepticul Urostan, astazi folosit mai mult ca agent de diagnosticare.

Importanti agenti chimioterapeutici au avut la baza sulfanil-amida drept componenta de diazotare.

Cu m-fenilen-diamina a rezultat Rosu Prontosil, cu acid 2,5-diamino-benzoic Sulfacrisoidin.

Actiune cheratolitica au unii monoazoici pe baza de o-toluidina.

Diazotata si autocuplata, apoi bisacetilata da Dimazem, monoacetilata Azodermina si cuplata din nou cu 2-Naftol da SudanIV, cu aceeasi actiune la aplicarea din solutii alcoolice concentrate.

In Epritegin o-toluidina este cuplata cu m-toluidina N-sulfometilata.

Colorantii trifenilmetanici

Acestia se folosesc inca de la inceputul secolului XX drept antiseptice si dezinfectante.

Coeficientul molar de extinctie mare ii face apti drept agenti de diagnosticare si unii sunt utilizati drept agenti de contrast in explorari röntgenografice.

Fenolftaleina este un excelent laxativ si este modelul pe care s-au sintetizat alte laxative prin inlocuirea grupei carboxi cu metilol.

Fluoresceina se foloseste in oftamologie pentru indicarea traumei corneale si in terapia eritemului, Eosina in dermatologie si drept colorant.

Pararozanilina si Cristal Violetul (Gentiana Violet) sunt antiseptici slabi si chimioterapeutici (cu efect schisontocid si respectiv antihelmintic).

Tricarbamina este inhibitor cu proprietati antiseptice si antihelmintice ca si Verdele Malahit, Verde Metil, Verde Etil si Verde Sulfo.

Colorantii polimetinici

Solubilitatea si extinctia specifica mare a indocianinelor le recomanda in diverse teste de diagnoza.

O exceptie o constituie dietil-ditiocarbocianina care este un excelent antihelmintic.

Coloranti antrachinonici

Structurile cromogene: antracenica, tetracenica si antrachinonica polihidroxilate sunt frecvent intalnite la compusii biologic activi.

Rubicinele formeaza un grup de 10-15 produse comerciale ce difera prin glicozitarea si alchilarea grupelor hidroxilice, de exemplu Daunorubicina.

Sunt antibiotice cu utilizari antineoplazice.

Fluorescenta lor intensa face ca fluorometria sa fie metoda de cea mai mare sensibilitate in dozarea acestora.

Alte antibiotice contin structura compacta a antracenului partial hidrogenat, ca Cervicacin (Cromomicin, Olivomicin) etc., citostatice iar Rugulosin chiar o structura antrachinonil-antrachinonica simetrica.

Alte tipuri de coloranti

Colorantii fenotiazinici, fenazinici si acridinici au reprezentanti folositi in dermatologie si mica chirurgie ca dezinfectanti locali.

Rivanolul este un antiseptic comun, Acridin Oranjul e colorant de conditionare si Clofazina este un tuberculostatic si leprostatic.

Fenotiazinele s-au dovedit a avea multiple actiuni in afara celei de dezinfectant. Violetul Lauth este antidot in intoxicatia cu methemoglobinemice, Albastru Toluidin in supradozare hepatica, Albastru de Metilen in intoxicatia cu cianuri si Azunesin in diagnosticarea acidului clorhidric gastric.

Alte structuri cromogene sunt polienele conjugate din familia vitaminei A si caroteni.