Generación de derivados de metronidazol vía electroquímica para evaluar su interacción con ADN

Abstract

Metronidazole is a prodrug whose biological activity depends on the reduction of its nitro group and the formation of reactive species capable of interacting with cellular components. However, the nature of the products generated and their potential interaction with DNA remain incompletely understood. Therefore, the aim of this study was to evaluate the electrochemical behavior of metronidazole, generate reduction products through microelectrolysis, and investigate their potential interaction with salmon testes DNA and the nitrogenous bases adenine and guanine. Electrochemical characterization was performed using cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) with carbon paste and graphite electrodes. The effects of scan rate and pH were investigated, and basic analytical parameters, including linearity, repeatability, and sensitivity, were evaluated. In addition, the responses of native and denatured DNA were compared, and changes in current and potential were analyzed upon mixing DNA and nucleobases with the products obtained through microelectrolysis. The electrochemical responses of adenine, guanine, DNA, and metronidazole showed a dependence of peak current on the square root of scan rate, consistent with predominantly diffusion-controlled processes. Metronidazole reduction was pH-dependent, with the peak potential shifting toward more negative values as pH increased. The calibration curves exhibited linear behavior over the ranges studied, with coefficients of determination of r² ≥ 0.99 and coefficients of variation below 5%. The limits of detection were 0.000685 mM for adenine, 0.000921 mM for guanine, and 0.01737 mM for metronidazole. Microelectrolysis of metronidazole at −1.0 V vs. Ag/AgCl for 2 h produced new electroactive signals and a decrease in its reduction current, from which an electrochemical conversion of 29.22% was estimated. The changes observed in peak currents and potentials upon mixing the electrochemical products with adenine, guanine, and DNA provide indirect evidence of a possible interaction. Nevertheless, voltammetry alone cannot structurally identify the products generated or establish the molecular mechanism of interaction; therefore, complementary analytical techniques are required for confirmation.

El metronidazol es un profármaco cuya actividad biológica depende de la reducción de su grupo nitro y de la formación de especies reactivas capaces de interactuar con componentes celulares. Sin embargo, la naturaleza de los productos generados y su posible interacción con el ADN aún no se comprende por completo. Por ello, el objetivo de este trabajo fue evaluar el comportamiento electroquímico del metronidazol, generar productos de reducción mediante microelectrólisis y estudiar su posible interacción con ADN de testículo de salmón y con las bases nitrogenadas adenina y guanina. La caracterización se realizó mediante voltamperometría cíclica (VC) y voltamperometría diferencial de pulso (VDP), utilizando electrodos de pasta de carbono y grafito. Se estudió el efecto de la velocidad de barrido y del pH, se evaluaron parámetros analíticos básicos como linealidad, repetibilidad y sensibilidad. Además, se comparó la respuesta del ADN nativo, desnaturalizado, y se analizaron los cambios de corriente y potencial producidos al mezclar el ADN y las nucleobases con los productos obtenidos por microelectrólisis. La respuesta electroquímica de adenina, guanina, ADN y metronidazol mostró una dependencia entre la corriente de pico y la raíz cuadrada de la velocidad de barrido, compatible con procesos controlados principalmente por difusión. La reducción del metronidazol dependió del pH y presentó un desplazamiento del potencial hacia valores más negativos al aumentar este parámetro. Las curvas de calibración mostraron comportamiento lineal en los intervalos estudiados, con coeficientes de determinación superiores (r² ≥ 0.99) y coeficientes de variación menores de 5 %. Los límites de detección fueron 0.000685 mM para adenina, 0.000921 mM para guanina y 0.01737 mM para metronidazol. La microelectrólisis del metronidazol a −1.0 V vs Ag/AgCl durante 2 h produjo nuevas señales electroactivas y una disminución de su corriente de reducción, a partir de la cual se estimó una conversión electroquímica de 29.22 %. Los cambios observados en las corrientes y los potenciales de pico al mezclar los productos electroquímicos con adenina, guanina y ADN aportan evidencia indirecta de una posible interacción. No obstante, la voltamperometría por sí sola no permite identificar estructuralmente los productos generados ni establecer el mecanismo molecular de interacción, por lo que se requieren técnicas analíticas complementarias para confirmarlo.