Photosensitization by topical retinoid drugs

[ES] Los retinoides tópicos son ampliamente utilizados en el tratamiento de diversas patologías cutáneas como el acné, la psoriasis y el fotoenvejecimiento. Presentan estructuras químicas altamente conjugadas que los hacen susceptibles a provocar reacciones fotoinducidas hacia biomoléculas. Esta particularidad cobra especial relevancia debido a su aplicación directa sobre zonas de la piel expuestas a la radiación solar. En este contexto, la presente tesis se ha centrado en el estudio sistemático de las propiedades fotoquímicas y fotobiológicas de retinoides tópicos de tercera generación, con el propósito de dilucidar los mecanismos moleculares subyacentes a su potencial fotosensibilizante y evaluar sus implicaciones tanto desde una perspectiva toxicológica como terapéutica. En una primera etapa, en el capítulo 4 se abordó el comportamiento fotofísico de adapaleno, caracterizado por su fluorescencia intrínseca sensible al ambiente. Los estudios espectroscópicos en diversos disolventes y medios biológicos revelaron un fuerte solvatocromismo positivo en la emisión, asociada a la presencia de estados excitados locales cuasi-degenerados de tipo π-π*. y de transferencia de carga intramolecular. Sin embargo, los cálculos teóricos indicaron que el estado excitado emisivo es predominantemente de carácter local π-π*.. Estas propiedades fluorescentes permitieron explorar la interacción del adapaleno con biomoléculas como albúmina, ADN y micelas, demostrando su potencial como sonda biológica. Posteriormente, en el capítulo 5 se evaluó in vitro el potencial fototóxico del adapaleno mediante el test de fototoxicidad 3T3 NRU. La formación eficiente de oxígeno singlete, atribuida a un proceso de Tipo II, se confirmó por estudios fotofísicos, en los que también se observó un cruce intersistema mejorado por oxígeno. Estos hallazgos resaltan la dualidad del adapaleno como agente que podría inducir fotosensibilización no deseada o, alternativamente, ser considerado para aplicaciones en terapia fotodinámica tópica. En el capítulo 6 se investigaron las propiedades fotobiológicas del tazaroteno y su metabolito activo, el ácido tazaroténico, ambos compuestos con estructuras conjugadas capaces de absorber en la región UVA/UVB. Se confirmó la formación de estados tripletes de vida larga y su desactivación por oxígeno con producción de oxígeno singlete, así como la interacción con triptófano que conlleva a degradación fotoinducida. La reducción de viabilidad celular observada in vitro en el test de fototoxicidad 3T3 NRU tras incubación ambos compuestos refuerza la hipótesis de un comportamiento fototóxico relevante. Al mismo tiempo, estos mecanismos podrían explicar la mayor eficacia terapéutica de la fototerapia combinada con tazaroteno y UVB de banda estrecha, observada en tratamientos para psoriasis. En conjunto, los resultados de esta tesis contribuyen al entendimiento de la fotoquímica de retinoides tópicos modernos, destacando la necesidad de evaluar su fototoxicidad de manera temprana en el desarrollo farmacéutico y proponiendo una nueva perspectiva sobre su uso racional en contextos terapéuticos con exposición a luz.

[CA] Els retinoides tòpics son àmpliament utilitzats en el tractament de diverses patologies cutànies com l'acné, la psoriasi i el fotoenvelliment. Presenten estructures químiques altament conjugades que els fan susceptibles a reaccions fotoinduides cap a biomolècules. Aquesta particularitat cobra rellevància especial a causa de la seva aplicació directa sobre zones de la pell exposades a la radiació solar. En aquest context, la present tesi s'ha centrat en l'estudi sistemàtic de les propietats fotoquímiques i fotobiològiques dels retinoides tòpics de tercera generació, amb l'objectiu d'esclarir els mecanismes moleculars subjacents al seu potencial fotosensibilitzant i avaluar-ne les implicacions tant des d'una perspectiva toxicològica com terapèutica. En una primera etapa, el capítol 4 va abordar el comportament fotofísic de l'adapalè, caracteritzat per la seva fluorescència intrínseca ambientalment sensible. Els estudis espectroscòpics en diversos dissolvents i medis biològics van revelar un fort solvatocromisme positiu en l'emissió, associat a la presència d'estats excitats quasi-degènerats de tipus local π-π*. i de transferència de càrrega intramolecular. Tanmateix, els càlculs teòrics van indicar que l'estat excitat emissor és predominantment de caràcter local π-π*. Aquestes propietats fluorescents van permetre explorar la interacció de l'adapalè amb biomolècules com l'albumina, l'ADN i les micel·les, demostrant el seu potencial com a sonda biològica. Posteriorment, al capítol 5 es va avaluar in vitro el potencial fototòxic de l'adapalè mitjançant el test de fototoxicitat 3T3 NRU. La formació eficient d'oxigen singlet, atribuïda a un procés de Tipus II, es va confirmar amb estudis fotofísics, en els quals també es va observar un entrecreuament intersistema potenciat per l'oxigen. Aquests resultats ressalten la dualitat de l'adapalè com a agent que podria induir fotosensibilització no desitjada o, alternativament, ser considerat per a aplicacions en teràpia fotodinàmica tòpica. Al capítol 6 es van investigar les propietats fotobiològiques del tazarotè i del seu metabolit actiu, l'àcid tazarotènic, ambdós compostos amb estructures conjugades capaces d'absorbir en la regió UVA/UVB. Es va confirmar la formació d'estats triplets de vida llarga i la seva desactivació per oxigen amb producció d'oxigen singlet, així com la interacció amb triptòfan que comporta una degradació fotoinduida. La reducció de la viabilitat cel·lular observada in vitro en el test de fototoxicitat 3T3 NRU després d'incubar amb els dos compostos reforça la hipòtesi d'un comportament fototòxic rellevant. Al mateix temps, aquests mecanismes podrien explicar l'augment de l'eficàcia terapèutica observada en els tractaments de psoriasi que combinen tazarotè amb fototeràpia UVB de banda estreta. En conjunt, els resultats d'aquesta tesi contribueixen a una millor comprensió de la fotoquímica dels retinoides tòpics moderns, destacant la necessitat d'avaluar la seva fototoxicitat de manera precoç en el desenvolupament farmacèutic i proposant una nova perspectiva sobre el seu ús racional en contextos terapèutics amb exposició a la llum.

[EN] Topical retinoids are widely used in the treatment of various skin disorders such as acne, psoriasis, and photoaging. These drugs possess highly conjugated chemical structures that make them susceptible to trigger photoinduced reactions with biological components. This characteristic is particularly relevant due to their direct application on areas of the skin exposed to sunlight. In this context, the present thesis focused on a systematic study of the photochemical and photobiological properties of third-generation topical retinoids, with the aim of elucidating the molecular mechanisms underlying their photosensitizing potential and assessing their implications from both toxicological and therapeutic perspectives. In the first stage, Chapter 4 explored the photophysical behaviour of adapalene, characterized by its environmentally sensitive intrinsic fluorescence. Spectroscopic studies in various solvents and biological media revealed a strong positive solvatochromism in the emission, associated with the presence of quasi-degenerate excited states of local π-π*. and intramolecular charge transfer character. However, theoretical calculations indicated that the emissive excited state is predominantly of local π-π*. nature. These fluorescent properties enabled the investigation of adapalene's interaction with biomolecules such as albumin, deoxyribonucleic acid (DNA), and micelles, demonstrating its potential as a biological probe. Subsequently, Chapter 5 evaluated the phototoxic potential of adapalene in vitro using the 3T3 NRU phototoxicity assay. The efficient formation of singlet oxygen, attributed to a Type II mechanism, was confirmed through photophysical studies, which also revealed oxygen-enhanced intersystem crossing. These findings highlight the dual nature of adapalene, which has the capacity to induce undesired photosensitization or, alternatively, be considered for topical photodynamic therapy applications. In Chapter 6, the photobiological properties of tazarotene and its active metabolite, tazarotenic acid, were investigated. Both compounds exhibit conjugated structures capable of absorbing in the UVA/UVB region. The formation of long-lived triplet states and their deactivation by oxygen to produce singlet oxygen were confirmed, as well as their interaction with tryptophan, leading to photoinduced degradation. The decrease in cell viability observed in vitro in the 3T3 NRU phototoxicity assay following incubation with both compounds supports the hypothesis of relevant phototoxic behaviour. At the same time, these mechanisms could explain the increased therapeutic efficacy observed in psoriasis treatments combining tazarotene with narrow-band UVB phototherapy. Overall, the results of this thesis contribute to a deeper understanding of the photochemistry of modern topical retinoids, emphasizing the importance of early phototoxicity assessment in pharmaceutical development and proposing a new perspective on their rational use in therapeutic contexts involving light exposure.