Phosphorus dendrimers as carriers of photosensitizers used in photodynamic therapy

Praca doktorska w oparciu o cykl publikacji. Badania były realizowane we współpracy z Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS (Toulouse, France) oraz z Unitat de Biofisica, Facultat de Medicina, Universitat Autonoma de Barcelona (Barcelona, Spain).W terapii fotodynamicznej (PDT) wykorzystuje się fotouczulacze, które dopiero po naświetleniu światłem widzialnym o odpowiedniej długości fali, stają się toksyczne dla komórek nowotworowych. Obecnie, leczenie za pomocą PDT napotyka problemy związane między innymi ze zbyt niską selektywnością fotouczulaczy, niską rozpuszczalnością, czy występowaniem skutków ubocznych. Efektywność fotouczulaczy może być poprawiona przez zastosowanie dla nich nośników, np. dendrymerów. Celem pracy było zbadanie, czy wybrane dendrymery utworzą kompleksy z fotouczulaczami oraz czy wywołany przez kompleksy efekt fototoksyczny będzie silniejszy niż dla wolnych fotouczulaczy. W prowadzonych badaniach wykorzystano róż bengalski, błękit metylenowy oraz dwa dendrymery fosforowe posiadające przeciwnie naładowane grupy funkcyjne. Wykorzystując metody spektroskopowe, dokonano charakterystyki oddziaływań pomiędzy dendrymerami i fotouczulaczami. Pozwoliło to stwierdzić, że tworzą się dwa stabilne kompleksy, a za oddziaływanie odpowiedzialne są głównie siły elektrostatyczne. Kompleks róż bengalski-dendrymer kationowy oraz błękit metylenowy-dendrymer anionowy wykazały także zdolność do generowania tlenu singletowego po naświetleniu. W badaniach in vitro model stanowiły mysie linie komórkowe raka podstawnokomórkowego skóry. Otrzymane wyniki wykazały, że obydwa kompleksy wnikały do komórek w większym stopniu niż wolne fotouczulacze, nie były toksyczne w ciemności. Po naświetleniu kompleksy wykazały znacznie wyższą cytotoksyczność w porównaniu do wolnych fotouczulaczy. Lepszy efekt był jednak obserwowany dla kompleksu różu bengalskiego niż dla kompleksu błękitu metylenowego. Zbadano także poziom reaktywnych form tlenu w komórkach po naświetleniu. Zaobserwowano znaczny wzrost w przypadku kompleksów. Działanie kompleksów prowadziło do śmierci komórek głównie na drodze apoptozy. Zastosowanie dendrymerów jako nośników fotouczulaczy zwiększyło efektywność transportu fotouczulaczy do komórek, czego efektem była wyższa fototoksyczność. Dendrymery są zatem obiecującymi nośnikami fotouczulaczy.Photodynamic therapy (PDT) is based on the use of photosensitizers that cause a toxic effect in cancer cells only upon an irradiation with visible light of an appropriate wavelength. Currently, treatment with PDT meets limitations related to, among others, low selectivity of photosensitizers, poor solubility or side effects. The effectiveness of photosensitizers can be improved by using carriers such as dendrimers. The aim of the study was to check if chosen dendrimers form complexes with photosensitizers, and whether the complexes show an improved phototoxic effect compared to free photosensitizers. Rose bengal, methylene blue and two phosphorus dendrimers possessing oppositely charged functional groups were used in this study. The interactions between dendrimers and photosensitizers were studied with the use of spectroscopic methods. The results allowed to conclude that two stable complexes were formed, and the interactions were mainly driven by electrostatic forces. The rose bengal-cationic dendrimer complex and methylene blue-anionic dendrimer complex showed the ability to generate singlet oxygen after irradiation. In in vitro studies, we used murine basal cell carcinoma cell lines. Both complexes showed higher cellular uptake than free photosensitizers and showed no toxic effect in the dark. After irradiation, the complexes showed significantly higher cytotoxicity compared to free photosensitizers. However, stronger effect was observed for the rose bengal complex than for the methylene blue complex. The level of reactive oxygen species in the cells after irradiation was also examined. A significant increase was observed in the case of both complexes. The effect of the complexes led to cell death mainly through apoptosis. The use of dendrimers as carriers of photosensitizers enhanced the transport of photosensitizers to the cells, resulting in higher phototoxic effect. Therefore, dendrimers are promising carriers of photosensitizers.Badania były prowadzone w ramach projektów: "Dendrimers in Biomedical Applications", COST Short Term Scientific Mission, 7PR COST, Action TD0802; "Dendrymery fosforowe jako nośniki w terapii fotodynamicznej i jej kombinacji z hipertermią w badaniach in vitro", Program VENTURES, Fundacja na rzecz Nauki Polskiej; "Badanie dendrymerów fosforowych jako systemów transportujących fotouczulacze", Harmonia, Narodowe Centrum Nauki; Dotacja celowa dla młodych naukowców i uczestników studiów doktoranckich, Monisterstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego