Molecular mechanisms of apoptosis induced by photodynamic activation in cancer cells

Abstract

Photodynamic therapy (PDT) is a treatment modality for cancer. It combines selective accumulation of chemical compounds, called photosensitizers (PS), with light to irreversibly damage cancer cells via oxidative stress. The main goal of this thesis was to study photosensitizers represented by a unique group of newly synthesized porphyrin derivatives with glycol chain substitution. Glycol-functionalized porphyrins containing one to four low molecular weight glycol chains that are linked via ether bonds to the meta-phenyl positions of meso-tetraphenylporphyrin (mTPP(EG)1-4) were compared with fluorinated (pTPPF(EG)4) and nonfluorinated (TPP(EG)4) derivatives having glycol chains in para-phenyl positions. The cellular uptake and photodynamic activity was significantly dependent on terminal groups of the glycol substituent. Hydroxy glycol porphyrins, in contrast with methoxy glycol porphyrins, exhibited efficient intracellular transport and high induction of apoptosis in tumor cell lines in vitro. After initial testing effective prototype hydroxy ethylene glycol derivatives were selected and analyzed in detail. Para derivatives pTPP(EG)4 and pTPPF(EG)4 accumulated mainly in lysosomes whereas meta derivatives mTPP(EG)1-4 in the endoplasmic reticulum (ER). Position of ethylene glycol chain on the...

Fotodynamická terapie (PDT) je terapeutický prostředek používaný při léčbě nádorů. Tato metoda je založena na aplikaci fotosenzitivní látky, která se hromadí v nádorových buňkách a po ozáření světlem způsobuje jejich usmrcení. Hlavním cílem této disertační práce bylo studium nových fotosenzitivních látek - porfyrinů s glykolovou substitucí. Porfyriny obsahující jeden až čtyři nízkomolekulární glykolové řetězce vázané éterovou vazbou v pozici meta na meso-tetrafenylporfyrin (mTPP(EG)1-4) byly porovnány s fluorinovanými (pTPPF(EG)4) a nefluorinovanými (pTPP(EG)4) deriváty majícími glykolový řetězec v para pozici. Vstup do buněk a fotodynamická aktivita byly výrazně závislé na koncových skupinách glykolových substituentů. Porfyriny s hydroxyglykolovou substitucí, na rozdíl od porfyrinů s methoxyglykolovou substitucí, byly účinněji transportovány do buněk a způsobovaly hojně apoptózu v nádorových buňkách in vitro. Po počátečním otestování byly vybrány a detailně analyzovány prototypy hydroxy etylenglykolových derivátů. Para deriváty pTPP(EG)4 a pTPPF(EG)4 se akumulují především v lysozomech, zatímco meta deriváty mTPP(EG)1-4 v endoplazmatickém retikulu (ER). Pozice etylenglykolového řetězce na porfyrinovém kruhu má vliv nejen na nitrobuněčnou lokalizaci ale i na účinnost fotodynamické terapie in vivo....