New chlorins with photo- and cytotoxic effect for anticancer therapy

Terapia fotodynamiczna (PDT) jest jedną z komplementarnych metod leczenia nowotworów, ale coraz częściej stosuje się ją jako terapię pierwszego rzutu. Skuteczność PDT warunkują, osobno nietoksyczne, trzy elementy: fotosensybilizator, rozpuszczony w tkance tlen oraz promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal z zakresu widzialnego lub/i bliskiej podczernieni dopasowanej do pasm absorpcji fotosensybilizatora. Na skutek reakcji fotochemicznych generowane są reaktywne formy tlenu (ROS), będące głównymi czynnikami cytotoksycznymi prowadzącymi do bezpośredniej śmierci komórek, niszczenia naczyń krwionośnych okołoguzowych oraz warunkujące przebieg reakcji zapalnych prowadzących do zniszczenia guza i długoterminowej odpowiedzi immunologicznej. Najlepiej poznane fotosensybilizatory to układy tetrapirolowe: porfiryny oraz ich dihydro i tetrahydro pochodne (chloryny, bakteriochloryny). W nowoczesnych trendach leczenia nowotworów dużą uwagę skupia się na terapiach łączonych oraz na przeciwdziałaniu mechanizmom oporności wielolekowej. W przedstawionej pracy skupiono się na charakterystyce pochodnych chloryn połączonych z cytostatykami i ich działaniu na subpopulacje stabilnych klonów CT-26 opornych na 5-fluorouracyl. Określono aktywność biologiczną badanych związków oraz możliwość zwiększenia ich skuteczności poprzez enkapsulację w nanomicelach polimerowych. Potwierdzono także, że badane związki hamują cykl komórkowy w fazie G0/G1 i dodatkowo nie prowadzą do powstania populacji komórek starzejących się. Badane związki spełniają wszystkie wymagania stawiane fotosensybilizatorom. Potwierdzają to wyniki badań akumulacji fotosensybilizatorów w komórkach nowotworowych, ich lokalizacji subkomórkowej, cytotoksyczności oraz fototoksyczności. Przeciwnowotworowa aktywność badanych związków została także potwierdzona w warunkach in vivo. W jednej grupie eksperymentalnej, po terapii fotodynamicznej z zastosowaniem związku JC-3 doszło do całkowitej regresji guza.

Photodynamic therapy (PDT) is one of the complementary methods of cancer treatment, but it is increasingly being used as a first-line treatment. The PDT efficacy is determined by three, separately non-toxic, elements: photosensitizer, oxygen dissolved in the tissue and electromagnetic radiation of visible and/or near-infrared wavelengths matching the photosensitizer absorption bands. As a result of photochemical reactions, reactive oxygen species (ROS) are generated, which are the main cytotoxic factors leading to direct cell death, destruction of surrounding tumor blood vessels and triggering inflammatory reactions leading to tumor destruction and long-term immune response. The most widely studied photosensitizers are tetrapyrrolic compounds: porphyrins and their dihydro and tetrahydro derivatives (chlorins, bacteriochlorins). In modern trends in cancer treatment, a significant attention is focused on combined therapies and on preventing mechanisms of multi-drug resistance. The presented work focuses on the characteristics of chlorin derivatives combined with cytostatic drugs and their action on the subpopulation of stable CT-26 clones resistant to 5-fluorouracil. The biological activity of the tested compounds and the possibility of increasing their effectiveness by encapsulation in polymeric nanomiceles was determined. It was also confirmed that the studied compounds inhibit the cell cycle and do not lead to the formation of an aging cell population. The tested compounds meet all requirements for photosensitizers. This is confirmed by the results of studies on PSs accumulation in cancer cells, their subcellular location, cytotoxicity and phototoxicity. The anti-tumor activity of tested compounds was further investigated in in vivo conditions. In one experimental group, after PDT with the JC-3 as photosensitizer, complete tumor regression was obtained.