| Share |
|
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://tede.unioeste.br/handle/tede/8647| Tipo do documento: | Tese |
| Title: | Fotossensibilizadores naturais e sintéticos aplicados à inativação fotodinâmica antimicrobiana: caracterização fotoquímica, espectroscópica e avaliação biológica |
| Other Titles: | Natural and synthetic photosensitizers applied to antimicrobial photodynamic inactivation: photochemical, spectroscopic, and biological evaluation |
| Autor: | Marcon, Caroline Toigo ![]() |
| Primeiro orientador: | Fiorese, Monica Lady |
| Segundo orientador: | Amaral, Joana Andrêa Soares |
| Primeiro coorientador: | Canan, Cristiane |
| Primeiro membro da banca: | Silva, Edson Antonio da |
| Segundo membro da banca: | Kalschne, Daneysa Lahis |
| Terceiro membro da banca: | Prieto Lage, Miguel Ángel |
| Quarto membro da banca: | Pires, Tânia Cristina de São Pedro |
| Quinto membro da banca: | Fiorese, Monica Lady |
| Resumo: | A resistência microbiana e as infecções de origem alimentar e cutânea impulsionam a busca por estratégias antimicrobianas alternativas. A inativação fotodinâmica (IFD) destaca-se por promover a geração de espécies reativas de oxigênio a partir da interação entre um fotossensibilizador, luz e oxigênio molecular, atuando de forma multifatorial sobre estruturas celulares microbianas. Este estudo investigou o potencial de fotossensibilizadores naturais e sintéticos aplicados à IFD antimicrobiana, por meio de caracterização fitoquímica, espectroscópica e fotoquímica, avaliação da atividade antioxidante e determinação da eficiência antimicrobiana frente a microrganismos de interesse clínico e alimentar. Adicionalmente, foi desenvolvido um protocolo padronizado de IFD, integrado a um sistema de iluminação por LED construído para microplacas de 96 poços, com controle da irradiância, seleção do comprimento de onda e distribuição homogênea da luz, permitindo avaliar simultaneamente os efeitos da concentração do fotossensibilizador e da fluência óptica com maior reprodutibilidade e capacidade experimental. Os corantes fenotiazínicos Azure A (AZA) e Azul de Toluidina O (OTB) foram avaliados como fotossensibilizadores sintéticos, enquanto o extrato hidroetanólico das flores de Plumeria rubra L. (Apocynaceae), obtido por extração assistida por ultrassom, foi investigado como fotossensibilizador natural. AZA e OTB apresentaram perfis de absorção na região do visível compatíveis com a fonte LED vermelho empregada (630 nm) e taxas semelhantes de geração de oxigênio singlete entre si, com saturação fotodinâmica acima de 34 µM. Nos ensaios de IFD, ambos promoveram inativação completa de Cutibacterium acnes nas mesmas concentrações, com concentração bactericida mínima (MBC) variando de 6,25 µM a 12 J/cm² até 0,78 µM a 50 J/cm². Frente a Staphylococcus epidermidis, o AZA demonstrou eficiência superior ao OTB, com valores de MBC duas vezes menores em todas as fluências avaliadas. O extrato de Plumeria rubra apresentou perfil fitoquímico caracterizado por 21 compostos identificados por UHPLC-MS/MS, com predominância de rutina (83,96 mg/g) e ácido clorogênico (13,38 mg/g), elevada atividade antioxidante pelo método TBARS (EC₅₀ = 0,145 mg/mL) e ampla absorção espectral entre 400 e 630 nm, compatível com a fonte de luz branca utilizada. Na ausência de luz, o extrato não apresentou atividade antibacteriana nas condições testadas. Sob irradiação, promoveu inativação fotodinâmica dependente da fluência de todas as seis cepas Gram-positivas avaliadas, incluindo Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA), com MBC 0,78 mg/mL a 18 J/cm², com menor eficácia frente a bactérias Gram-negativas. Os resultados indicam que o AZA constitui fotossensibilizador sintético eficiente para IFD, com potencial para aplicações no tratamento da acne vulgar, enquanto o extrato de Plumeria rubra configura-se como promissor fotossensibilizador natural, reunindo perfil fitoquímico relevante, seletividade fotodinâmica e atividade bactericida frente a patógenos de interesse clínico e alimentar, incluindo cepas multirresistentes. |
| Abstract: | Antimicrobial resistance and foodborne and cutaneous infections have intensified the search for alternative antimicrobial strategies. Antimicrobial photodynamic inactivation (aPDI) has emerged as a promising approach based on the generation of reactive oxygen species through the interaction of a photosensitizer, light, and molecular oxygen, exerting multifactorial effects on microbial cellular structures. This study investigated the potential of natural and synthetic photosensitizers for antimicrobial aPDI through phytochemical, spectroscopic, and photochemical characterization, assessment of antioxidant activity, and determination of antimicrobial efficacy against microorganisms of clinical and food-related relevance. In addition, a standardized aPDI protocol was developed and integrated into a custom-built LED illumination system designed for 96-well microplates. The system enabled irradiance control, wavelength selection, and homogeneous light distribution, allowing the simultaneous assessment of photosensitizer concentration and optical fluence with improved reproducibility and experimental throughput. The phenothiazinium dyes Azure A (AZA) and Toluidine Blue O (TBO) were evaluated as synthetic photosensitizers, whereas a hydroethanolic extract obtained from the flowers of Plumeria rubra L. (Apocynaceae) by ultrasound-assisted extraction was investigated as a natural photosensitizer. AZA and TBO exhibited absorption profiles in the visible region that were compatible with the red LED source used at 630 nm. Both dyes showed similar singlet oxygen generation rates and photodynamic saturation at concentrations above 34 µM. In the aPDI assays, both photosensitizers achieved complete inactivation of Cutibacterium acnes at the same concentrations, with minimum bactericidal concentrations (MBCs) ranging from 6.25 µM at 12 J/cm² to 0.78 µM at 50 J/cm². Against Staphylococcus epidermidis, AZA exhibited greater efficacy than TBO, with MBC values twofold lower at all evaluated fluences. Phytochemical analysis of the Plumeria rubra extract by UHPLC–MS/MS identified 21 compounds, with rutin (83.96 mg/g) and chlorogenic acid (13.38 mg/g) as the predominant constituents. The extract exhibited high antioxidant activity in the TBARS assay (EC₅₀ = 0.145 mg/mL) and broad spectral absorption between 400 and 630 nm, which was compatible with the white-light source used. In the absence of light, the extract showed no antibacterial activity under the tested conditions. Upon irradiation, however, it induced fluence-dependent photodynamic inactivation of all six Gram-positive strains evaluated, including methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), with an MBC of 0.78 mg/mL at 18 J/cm². Lower efficacy was observed against Gram-negative bacteria.These findings demonstrate that AZA is an effective synthetic photosensitizer for antimicrobial photodynamic inactivation, with potential applications in the treatment of acne vulgaris. Furthermore, the Plumeria rubra extract represents a promising natural photosensitizer, combining a relevant phytochemical profile, photodynamic selectivity, and bactericidal activity against pathogens of clinical and food-related importance, including multidrug-resistant strains. |
| Keywords: | Plumeria rubra Corantes fenotiazínicos Espécies reativas de oxigênio Compostos fenólicos Atividade bactericida Phenothiazine dyes Reactive oxygen species Phenolic compounds Bactericidal activity |
| CNPq areas: | ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
| Sigla da instituição: | UNIOESTE |
| Departamento: | Centro de Engenharias e Ciências Exatas |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Campun: | Toledo |
| Citation: | MARCON, Caroline Toigo. Fotossensibilizadores naturais e sintéticos aplicados à inativação fotodinâmica antimicrobiana: caracterização fotoquímica, espectroscópica e avaliação biológica. 2026. 135 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2026. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/8647 |
| Issue Date: | 27-Jul-2026 |
| Appears in Collections: | Doutorado em Engenharia Química (TOL) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Caroline_Marcon_2026.pdf | 8.09 MB | Adobe PDF | View/Open Preview |
Items in TEDE are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

