The study of physicochemical and biological properties of photosensitizers for photodynamic therapy

Terapia fotodynamiczna (PDT) jest jedną z form leczenia nowotworów, w której to wymagana jest obecność trzech osobno nietoksycznych elementów: tlenu molekularnego rozpuszczonego w leczonej tkance, źródła światła o odpowiednio dopasowanym zakresie długości fal, a także związku chemicznego zwanego fotosensybilizatorem. Do znanej i szeroko badanej grupy struktur wiodących dla potencjalnych fotosensybilizatorów można zaliczyć ftalocyjaniny, które cechują się właściwościami optycznymi i fotochemicznymi odpowiednimi do zastosowania w PDT. W niniejszej pracy część eksperymentalna poświęcona została określeniu właściwości fizykochemicznych oraz biologicznych fotosensybilizatorów z grupy ftalocyjanin w zastosowaniu do terapii fotodynamicznej nowotworów. Badania rozpoczęto od charakterystyki spektroskopowej związków, a także określenia fotostabilności. Dokonano analizy oddziaływań występujące pomiędzy pochodnymi ftalocyjaniny oraz strukturami biologicznymi takimi jak albumina surowicy ludzkiej (HSA), a także DNA. Wyznaczono wydajności kwantowe generowania tlenu singletowego z wykorzystaniem 9,10-dimetyloantracenu (DMA), a także oceniono zdolność do generowania rodnika hydroksylowego z zastosowaniem sondy fluoresescencyjnej takiej jak APF, co pozwoliło na wyciągnięcie wniosków co do występującego mechanizmu generowania reaktywnych form tlenu. Na koniec dokonano wstępnych badań dwóch metod dostarczania leków takich jak micele polimerowe Pluronic® oraz nanocząstki albuminy w zastosowaniu do badanych związków, które potencjalnie mogą poprawiać właściwości fotosensybilizatorów należących do grupy ftalocyjanin. Wykonane eksperymenty umożliwiły wyciągnięcie wniosków co do możliwości wykorzystania badanych związków w terapii fotodynamicznej, a także kierunków dalszych badań.

Photodynamic therapy (PDT) is one of the methods of cancer treatments, which requires three individual non-toxic elements: molecular oxygen present in the treated tissues, a light of appropriate range of wavelengths and a chemical compound called photosensitizer. Compounds based on a phthalocyanine structure are one of the most popular types of photosensitizers, which are widely studied for PDT due to the appropriate optical and photochemical properties. The aim of the experimental part of the thesis was to investigate physicochemical and biological properties of photosensitizers from phthalocyanines group for PDT application in cancer treatment. The studies began with the spectroscopic characterization of the compounds, as well as the determination of photostability. Interactions between tested phthalocyanines and human serum albumin and also with DNA were analyzed. The quantum yields of singlet oxygen generation for tested compounds were determined with indirect 9,10-dimethylanthracene (DMA) method and the generation of reactive oxygen species (ROS) was checked by using a fluorescence probe APF selective for the hydroxyl radical, which led to finding out what kind of ROS generation mechanism occurs. In the end preliminary tests were conducted for two different drug delivery systems: Pluronic®-based polymeric micelles and human serum albumin nanoparticles. Performed experiments allow us to draw a conclusion about the possibility for using tested compounds in further studies of PDT field.