Oxidación electroquímica del glucocorticoide Dexametasona empleado en el tratamiento contra la COVID-19. Identificación de los subproductos formados y evaluación de su toxicidad

Abstract

El agua limpia y abundante es un requisito vital para todas las formas de vida. Su creciente contaminación, debido a la presencia de los denominados “contaminantes emergentes” (CEs), es una preocupación ambiental y social, teniendo en cuenta el aumento exponencial de la población mundial durante las últimas décadas con la consiguiente urbanización y desarrollo industrial. Los CEs se encuentran asociados a enfermedades como diabetes, problemas cardiovasculares, problemas de fertilidad y reproducción, degradación de los ecosistemas acuáticos, etc, además de ser persistentes y bioacumulables. Actualmente no están regulados, pero si en vigilancia. Entre los CEs, el grupo de los productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs), es uno de los más importantes, debido a su elevada presencia y detección de en el medio ambiente, dado que las plantas de tratamiento de aguas residuales no están diseñadas para eliminarlos, por lo que su descarga a ríos, lagos y costas es motivo de preocupación. Especialmente como sucede con el glucocorticoide Dexametasona (DEX), comúnmente empleado como antiinflamatorio, y más específicamente, para luchar contra los síntomas provocados por virus SARS-CoV-2 durante la pandemia de COVID-19. Entre las opciones de tratamiento para la eliminación de fármacos, y en general de PPCPs, se encuentran los procesos de oxidación avanzada (POAs), como la electrooxidación (ELOX), capaces de generar radicales hidroxilo (●OH) altamente reactivos, no selectivos y fuertemente oxidantes. Sin embargo, en detrimento, la literatura científica presenta estudios pioneros que apuntan a que la oxidación de CEs si bien pueden degradarse completamente, también pueden conducir a la formación de subproductos o intermedios de reacción, capaces de actuar como precursores de compuestos más tóxicos que los de partida a degradar, como las dibenzo-p-dioxinas policloradas (PCDDs o dioxinas) y dibenzofuranos policlorados (PCDFs o furanos), todo ello dependiendo de la tipología del proceso de oxidación y de las variables de operación. En base a los antecedentes expuestos, el objetivo principal de este TFM se ha centrado en el estudio de la toxicidad generada en términos de unidades tóxicas (TUs), a través de los intermedios de reacción, y de la toxicidad equivalente (TEQ), a través de la potencial formación de PCDD/Fs, tras la degradación del fármaco DEX mediante oxidación electroquímica (ELOX) empleando una celda con un ánodo de diamante dopado de boro (BDD), siendo las variables de operación, la concentración inicial de DEX y los medios electrolíticos NaCl y Na2SO4 + NaCl. Los principales resultados obtenidos muestran cómo la degradación de la DEX es total e independiente del medio electrolítico y de la concentración inicial de DEX utilizada (5 horas). Este comportamiento viene avalado por el potencial de oxidación de las especies reactivas del medio, principalmente el radical hidroxilo ●OH con un potencial redox de 2,8 V, además de los radicales cloruro y sulfato. Adicionalmente, se identificó al precursor de PCDD/Fs 2,4-diclorofenol en medio cloruro, además de fragmentos de la DEX como el naftaleno (NAP) y derivados de la DEX como beclometasona (BCM), entre otros compuestos. Las TUs que generan los subproductos formados es debida principalmente a la presencia de DEX independientemente del medio electrolítico, a pesar de que la mayor EC50 corresponden a los compuestos 2,4–DCP y MDOD. La TEQ en términos de los congéneres de 2,3,7,8-PCDD/Fs permitió identificar al congénere 1,2,3,7,8-PeCDD como el formado mayoritariamente, siendo la TEQ correspondiente a la degradación de la DEX utilizando NaCl, 30,1 pg L-1, frente a los 22,8 pg L-1 para el electrolito Na2SO4 + NaCl.

Clean and abundant water is a vital requirement for all forms of life. Its increasing contamination, due to the presence of the so-called "emerging contaminants" (ECs), is an environmental and social concern, considering itsexponential increase in the world population during the last decades with the consequent urbanization and industrial development. ECs are associated with diseases such as diabetes, cardiovascular problems, fertility and reproductive problems, degradation of aquatic ecosystems, etc., in addition to being persistent and bio-accumulative. They are not currently regulated but are under surveillance. Among the ECs, the group of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) is one of the most important, due to their high presence and detection in the environment, since wastewater treatment plants are not designed to eliminate them, so their discharge into rivers, lakes and coasts is a matter ofconcern. Especially as is the case with the glucocorticoid Dexamethasone (DEX), used as an anti-inflammatory, and employedto fight the symptoms caused by theSARS-CoV-2 virus during the COVID-19 pandemic. Among the treatment options for the removal of pharmaceuticals and PPCPs in general,advanced oxidation processes (POAs)can be found, such as electrooxidation (ELOX), capable of generating highly reactive, non-selective and strongly oxidizing hydroxyl radicals (●OH). However, to the detriment, the scientific literature presents pioneering studies that point out that the oxidation of ECs while they can be completely degraded, can also lead to the formation of by-products or reaction intermediates, which are capable of acting as precursors of more toxic compounds than those to be degraded, such as polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs or dioxins) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFs or furans), depending on the type of oxidation process and the operating variables. Based on the backgroundprovidedabove, the main objective of this TFM has been focused on the study of the generated toxicity in terms of toxic units (TUs), through the reaction intermediates, and of the equivalent toxicity (TEQ), through the potential formation of PCDD/Fs, after degradation of the DEX drug by electrochemical oxidation (ELOX) using anelectrochemical cell with a boron-doped diamond (BDD) anode, being the operating variables,the initial concentration of DEX and the electrolyticmedia NaCl and Na2SO4+ NaCl. The main results obtained show how DEX degradation is complete,and independent ofthe electrolytic medium and the initial DEX concentration used (5 hours). This behaviouris supportedby the oxidation potential of the reactive species in the medium, mainly the hydroxyl radical ●OH with a redox potential of 2.8 V, in addition to chloride and sulphateradicals. Additionally, the PCDD/Fs precursor 2,4-dichlorophenol was identified in chloride medium, in addition to DEX fragments such as naphthalene (NAP) and DEX derivatives such as beclomethasone (BCM), among other compounds. The TUs generated by the by-products formed is mainly due to the presence of DEX regardless of the electrolyte medium, although the highest EC50corresponds to compounds 2,4-DCP and MDOD. The TEQ in terms of the 2,3,7,8-PCDD/Fs congeners allowed to identify the 1,2,3,7,8-PeCDD congener as the one mostly formed, being the TEQ corresponding to DEX degradation using NaCl,30.1 pg L-1, compared to 22.8 pg L-1for the Na2SO4+ NaCl electrolyte.