Development of singlet-oxygen based strategies for photodynamic cancer therapy and bacterial inactivation

Abstract

1 1 ABSTRACT At first sight, treatment of cancer and eradication of bacteria may appear to be unrelated challenges. However, they are united by a common obstacle: the rapid emergence of resistance to existing therapies. This dissertation explores the potential of photogenerated singlet oxygen as a universal solution for combating both cancer and bacterial infections. In the first part of this thesis, novel ruthenium polypyridyl photosensitizers were synthesized, and their cytotoxicity and cellular uptake in cancer cell lines were investigated in relation to their structural features. The findings of this study provide important insights into the design of future metal-based photosensitizers by identifying key structural elements that enhance therapeutic efficacy. The second part of this dissertation focused on the development of nanofiber materials with encapsulated photosensitizers. Upon irradiation with visible light, these materials generated singlet oxygen and demonstrated potent antibacterial activity. Furthermore, by additional functionalization, the nanofiber materials acquired properties that could be valuable for medical applications, such as wound healing, or for water filtration. Altogether, this work highlights the versatility and potential of photogenerated singlet oxygen as a powerful agent...

1 ABSTRAKT Na první pohled se může zdát, že léčba rakoviny a eliminace bakterií jsou dvě nesouvisející výzvy. Spojuje je však společná překážka: rychlý vznik rezistence vůči stávajícím metodám jejich likvidace. Tato disertační práce zkoumá potenciál fotogenerovaného singletového kyslíku jako univerzálního řešení pro boj s rakovinou i bakteriálními infekcemi. V první části této práce byly připraveny nové rutheniové polypyridylové fotosensitizery a byla zkoumána jejich cytotoxicita a mechanismus vstupu do nádorových buněčných liniích v závislosti na jejich molekulární struktuře. Výsledky této studie poskytují důležité poznatky pro návrh budoucích fotosensitizerů na bázi kovů tím, že identifikují klíčové strukturní prvky, které zvyšují terapeutickou účinnost. Druhá část této disertační práce se zaměřila na vývoj nanovlákenných materiálů s enkapsulovanými fotosensitizery. Po ozáření viditelným světlem tyto materiály generovaly singletový kyslík a vykazovaly silnou antibakteriální aktivitu. Další funkcionalizací získaly tyto nanovlákenné materiály vlastnosti potenciálně využitelné v medicíně, např. v hojení ran, nebo ve filtraci vody. Celkově tato práce zdůrazňuje všestrannost a potenciál fotogenerovaného singletového kyslíku jako účinného činidla schopného řešit dvě kritické výzvy současné vědy. Klíčová slova:...