Síntese, caracterização e otimização de plataformas fotossensibilizadoras híbridas para terapia fotodinâmica em melanoma usando infravermelho próximo

Abstract

O melanoma apresenta elevada agressividade biológica e limitações importantes para terapias fotoativadas, devido sobretudo à forte absorção da melanina na região do visível. Nesse contexto, a ativação no infravermelho próximo (NIR) constitui uma alternativa promissora, embora ainda limitada pela instabilidade fotofísica, agregação e baixa eficiência fotoquímica de muitos fotossensibilizadores. Diante disso, este trabalho teve como objetivo sintetizar, caracterizar e avaliar plataformas híbridas baseadas em óxido de grafeno (GO) para aplicações em terapia fotodinâmica (PDT) e terapia fototérmica (PTT) sob irradiação em 808 nm. Inicialmente, foram obtidos híbridos GO–PS de primeira geração (HPG) com ácido fólico, riboflavina e ftalocianina de cobre, visando investigar o efeito da ancoragem molecular sobre as propriedades do GO. Em seguida, foi desenvolvido um sistema de segunda geração (HSG) a partir da modificação estrutural do GO por síntese hidrotermal assistida por micro-ondas, gerando o material mNGO, posteriormente funcionalizado com indocianina verde (ICG), originando o híbrido mNGO@ICG. A caracterização estrutural foi realizada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), difratograma de Raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia Raman, espectroscopia UV-Vis (ultravioleta-visível), fluorescência, potencial zeta (PZ) e ensaios fotoquímicos com a sonda DPBF, além de estudos fototérmicos e ensaios in vitro em células de melanoma A375. As análises estruturais mostraram a transformação progressiva do grafite em GO e, posteriormente, em um compósito funcionalizado (mNGO) com alterações morfológicas, defeitos estruturais e incorporação de fase magnética. Por Raman, observou-se aumento da razão I(D)/I(G) de 0,59 para o grafite, 1,07 para o GO, 1,18 para o NGO e 1,32 para o mNGO, indicando aumento progressivo da desordem estrutural. Por DRX, o desaparecimento do pico característico do GO e o surgimento de novos picos atribuídos à magnetita confirmaram a formação do compósito magnético. Os resultados de FT-IR, UV-Vis e fluorescência corroboraram a modificação da rede carbonácea, a formação de estados eletrônicos intermediários e a interação eficiente entre a matriz e a ICG. O PZ do mNGO em pH 6,8 foi de 11,57 (± 2,1) mV na diluição 1:100 e 17,15 (± 5,7) mV na diluição 1:1000, indicando estabilidade coloidal moderada e superfície positivamente carregada. Os HPG apresentaram modificações eletrônicas, porém desempenho limitado sob excitação NIR. Em contraste, o HSG, sistema mNGO@ICG, exibiu resposta fotoativa superior, com efeito batocrômico da ICG após ancoragem, maior estabilidade fotônica sob 808 nm, supressão parcial de fluorescência e geração de oxigênio singleto (¹O₂) evidenciada pela degradação da sonda DPBF. Nos ensaios fototérmicos, sob a dose de luz igual a 200 mW.cm-2 e radiação em 808 nm, o híbrido apresentou resposta dependente da concentração, atingindo uma variação térmica em torno de 9°C em 300 s e 2,50 mg/mL, com perfil térmico mais estável que nos componentes separados. Nos testes in vitro, sob a mesma dose de luz, observou-se redução inicial da viabilidade celular após irradiação, seguida de recuperação parcial em 24 h, indicando que a atividade biológica ainda depende da otimização de parâmetros como concentração, tempo de incubação e condições de irradiação. De forma integrada, os resultados demonstram que a eficiência do sistema não depende apenas da presença do PS, mas da interação entre a matriz modificada e a ICG. A estrutura do mNGO contribui para a estabilização fotofísica do corante e para a modulação dos processos de transferência de carga e dissipação de energia, enquanto a ICG desempenha papel central na absorção da radiação em 808 nm. Assim, o sistema mNGO@ICG configura-se como uma plataforma multifuncional promissora para aplicações combinadas em PDT/PTT.

Melanoma is a highly aggressive malignancy that presents major challenges for photoactivated therapies, primarily because of the strong absorption of visible light by melanin. In this context, near-infrared (NIR) activation represents a promising alternative, although its application remains limited by the photophysical instability, aggregation, and low photochemical efficiency of many photosensitizers. Therefore, this study aimed to synthesize, characterize, and evaluate graphene oxide (GO)-based hybrid platforms for photodynamic therapy (PDT) and photothermal therapy (PTT) under 808 nm irradiation. Initially, firstgeneration GO–photosensitizer hybrids (FGHs) containing folic acid, riboflavin, and copper phthalocyanine were prepared to investigate the effects of molecular anchoring on the physicochemical properties of GO. Subsequently, a secondgeneration system (SGH) was developed through the structural modification of GO via microwave-assisted hydrothermal synthesis, yielding mNGO, which was subsequently functionalized with indocyanine green (ICG) to produce the mNGO@ICG hybrid. Structural and physicochemical characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, ultraviolet–visible (UV–Vis) spectroscopy, fluorescence spectroscopy, zeta potential measurements, and photochemical assays using 1,3diphenylisobenzofuran (DPBF) as a probe. Photothermal studies and in vitro assays using A375 melanoma cells were also conducted. Structural analyses revealed the progressive transformation of graphite into GO and subsequently into the functionalized mNGO composite, accompanied by morphological changes, the formation of structural defects, and the incorporation of a magnetic phase. Raman spectroscopy showed an increase in the I_D/I_G ratio from 0.59 for graphite to 1.07 for GO, 1.18 for NGO, and 1.32 for mNGO, indicating a progressive increase in structural disorder. XRD analysis showed the disappearance of the characteristic GO peak and the emergence of new diffraction peaks attributed to magnetite, confirming the formation of the magnetic composite. FTIR, UV–Vis, and fluorescence spectroscopy further supported the modification of the carbonaceous framework, the formation of intermediate electronic states, and the effective interaction between the mNGO matrix and ICG. At pH 6.8, the zeta potential of mNGO was 11.57 ± 2.1 mV at a 1:100 dilution and 17.15 ± 5.7 mV at a 1:1000 dilution, indicating moderate colloidal stability and a positively charged surface. Although the first-generation hybrids exhibited electronic modifications, their performance under NIR excitation was limited. In contrast, the second-generation mNGO@ICG system displayed superior photoactive behavior, including a bathochromic shift in ICG absorption following molecular anchoring, enhanced photostability under 808 nm irradiation, partial fluorescence quenching, and singlet oxygen (¹O₂) generation, as demonstrated by DPBF degradation. In the photothermal assays, conducted under 808 nm irradiation at an irradiance of 200 mW·cm⁻², the hybrid exhibited a concentrationdependent response, reaching a temperature increase of approximately 9 °C after 300 s at a concentration of 2.50 mg·mL⁻¹. The hybrid also exhibited a more stable thermal profile than its individual components. In the in vitro experiments performed under the same irradiation conditions, an initial reduction in cell viability was observed after irradiation, followed by partial recovery after 24 h. These findings indicate that the biological response remains dependent on the optimization of parameters such as hybrid concentration, incubation time, and irradiation conditions. Overall, the results demonstrate that the efficiency of the system depends not only on the presence of the photosensitizer but also on the interactions established between the modified matrix and ICG. The mNGO structure contributes to the photophysical stabilization of the dye and modulates charge-transfer and energy-dissipation processes, whereas ICG plays a central role in the absorption of 808 nm radiation. Therefore, the mNGO@ICG system represents a promising multifunctional platform for combined PDT/PTT applications.