Desde su descubrimiento146 y aislamiento147 los fullerenos (originalmente buckminsterfullerenos) han atraído la atención de un gran número de científicos. La forma más abundante de estos compuestos es el C60. Esta molécula está constituida por 60 átomos
de carbono dispuestos en una estructura esférica, de forma similar a una pelota de fútbol (Esquema 10). Se trata de una organización estructural conocida como icosaedro truncado, que contiene 12 pentágonos y 20 hexágonos, en los cuales, cada átomo de carbono se encuentra unido a otros tres átomos adyacentes por medio de hibridización sp2.148
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Las características químicas y físicas de esta nanoestructura, junto con su forma esférica, han despertado gran interés para su utilización en diferentes campos científicos- tecnológicos, como en química de materiales, nanotecnología, biología, entre otros.149-152
Los anillos aromáticos condensados presentes en el compuesto generan una conjugación extendida de orbitales moleculares que causan una absorción significativa de la luz visible. También, su gran afinidad electrónica, que le permite aceptar hasta seis electrones, hace del fullereno un buen candidato como aceptor de electrones.153
Debido al creciente interés en la aplicación médica y nanotecnológica de los fullerenos, estas moléculas han ganado considerable atención como posibles fotosensibilizadores para mediar en la PDI de diversas enfermedades.154,155 Los fullerenos presentan algunas ventajas interesantes con respecto a los FS más convencionales. Son más fotoestables en comparación con FS derivados de tetrapirroles y colorantes sintéticos. Además, los C60 producen ROS mediante ambas vías fotoquímicas, como la tipo I
(radicales libres) y tipo II (O2(1Δg)), mientras que los FS tetrapirrólicos muestran en gran
medida sólo producción a través de la vía fotoquímica tipo II.
En los últimos años, derivados de fullereno C60 se evaluaron como
fotosensibilizadores potenciales para inactivar microorganismos.156,157 Los fullerenos catiónicos resultaron ser fotosensibilizadores activos en un amplio espectro antimicrobiano, incluyendo principalmente bacterias y hongos.156-158 Además, estas estructuras han mostrado un alto nivel de selectividad por los microorganismos con respecto a las células de mamífero, debido a que dichos fullerenos son incorporados lentamente en el último tipo de células por un proceso de endocitosis, dependiente del tiempo.159
Un inconveniente importante para la aplicación de los C60 como
fotosensibilizadores es la baja solubilidad que presentan en disolventes polares y la consiguiente formación de agregados en soluciones acuosas y medios biológicos, perjudicando la generación de una fotoactividad eficiente.117
Se han desarrollado diferentes métodos para lograr la transferencia de fullerenos al agua. Uno de ellos se basa en la simple adición del C60 seco al agua agitando
vigorosamente la mezcla durante un período prolongado.160-162 A pesar de que este método puede utilizarse para investigar el comportamiento del C60 en agua, se forman grandes
agregados y sólo permite bajas concentraciones de C60. También, puede utilizarse el
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miscible con agua, para disolver el C60. Luego se añade agua y se evapora el disolvente,
formando los agregados del fullereno en suspensión de agua.163 Alternativamente, la transferencia de fullereno se puede realizar mediante la disolución de C60 en un disolvente
orgánico inmiscible en agua, y la aplicación de ultrasonido mientras el disolvente orgánico es evaporando.164 En todos estos métodos, la estructura del fullereno no se modifica y el núcleo de la molécula puede colisionar libremente con las moléculas de agua. Otra metodología muy utilizada, es la incorporación de fullerenos en estructuras supramoleculares solubles en agua, como pueden ser: surfactantes, liposomas, ciclodextrinas, nanopartículas, etc.165-168 En estos casos el fullereno forma complejos de inclusión con la estructura supramolecular, sin entrar en contacto con el agua.
Sin embargo, el desarrollo de la química covalente del C60 ha abierto la posibilidad
de derivatizar la estructura esférica con distintos grupos funcionales, permitiendo mejorar su solubilidad en agua y disolventes biológicos, y así incrementar notablemente la utilidad biológica.169-171 Esta metodología basada en la modificación química de la esfera del C60,
conduce a la formación de una amplia variedad de derivados, que poseen diferentes propiedades físicas y químicas. Diversas cadenas laterales hidrófilas, anfifílicas, o estructuras de anillos condensados se han unido al núcleo esférico del C60. Esta
funcionalización imparte una mayor capacidad para producir oxígeno singlete, radicales hidroxilo y anión radical superóxido en el medio biológico a partir de la iluminación.157
Principalmente, los fullerenos se han modificado químicamente o funcionalizado por la introducción de sustituyentes con el fin de adquirir mayor solubilidad en medios biológicos. Los derivados de fullereno recientemente reportados se diseñaron para que presenten naturaleza anfifílica, de acuerdo con la estructura general que se muestra en el Esquema 11.
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También, las modificaciones en las estructuras de los fullerenos se realizaron para obtener un aumento de la eficiencia y la selectividad de los agentes. La combinación de sustituyentes hidrófobos e hidrófilos en la estructura del fotosensibilizador resulta en la formación de un eje de polaridad intramolecular. Este efecto puede facilitar la penetración de la membrana celular y producir una mejor acumulación del fotosensibilizador en el entorno biológico, mejorando la eficacia de la fotosensibilización.172