Quantitative electron spin resonance (ESR) analysis of antioxidative properties using the acetaldehyde/xanthine oxidase system

Laboratoire de Synthèse, Physico-Chimie, et Radiobiologie, Faculté de Pharmacie, Université Paul Sabatier, 35 chemin des Maraîchers, 31062 Toulouse cedex 4, France

Abstract

We present a method for the quantitative ESR analysis of the antioxidant properties of drugs using the acetaldhehyde/xanthine oxidase (AC/XOD) superoxide generating system and 5,5-dimethyl-l-pyrroline-N-oxide (DMPO) as spin trap. In stoichiometric conditions (AC/XOD, 60 mM/0.018 U), the resulting paramagnetic DMPO adduct disappeared with superoxide dismutase and remained when catalase or DMSO were used. That adduct was dependent only on superoxide and resulted from the trapping of a carboxyl radical by DMPO (a_N = 15.2 G, a_H = 18.9 G). Similar results were obtained using 4-pyridyl-l-oxide-N-t-butyl nitrone (POBN) as spin trap. The ESR signal of the DMPO-CO₂^- adduct was very stable and allowed quantitative analysis of the antioxidative activity of redox molecules from an IC₅₀ value representing the concentration causing 50% inhibition of its intensity. Among the tested compounds, manganese(II), complexes were the most effective, 25 times as active as ascorbic acid or (+)catechin and 500-fold more antioxidative than Trolox^R.

Résumé

Nous présentons une méthode d'analyse quantitative de l'activité antioxydante de composés d'intérêt pharmaceutique basée sur le système acétaldéhyde/xanthine oxydase (AC/XOD), l'utilisation de la RPE et du piégeage de spin avec le 5,5-diméthyl-l-pyrroline-N-oxyde (DMPO). Dans les conditions stoechiométriques {AC/XOD, 60 mM/0,018 U/ml}, l'adduit radicalaire résultant de ce système disparaît en présence de superoxyde dismutase et persiste en présence de catalase ou de DMSO. Cet adduit ne dépend que de la présence de l'anion superoxyde et provient du piégeage d'un radical carboxyle CO₂^- sur le DMPO (a_N = 15.2 G, a_H = 18.9 G). Des résultats similaires ont été obtenus avec le piégeur de spin 4-pyridyl-l-oxyde-N-t-butyl nitrone (POBN). Le signal RPE de l'adduit DMPO-CO₂- est très stable et permet la quantification de l'activité antioxydante de pharmacophores redox par la détermination de la CI₅₀, concentration qui diminue de 50 % son intensité. Parmi les composés testés, les complexes du manganèse sont les plus antioxydants, 25 fois plus actifs que la vitamine C ou la catéchine(+), 500 fois plus antioxydants que le Trolox^R.