Biopolym. Cell. 2023; 39(1):3-13.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000A81
Молекулярна та клітинна біотехнології
Похідні сквараїну як потенційні фотосенсибілізатори у фотодинамічній терапії раку
1, 2Синюгіна А. Т., 1Маланчук О. М., 1Черній С. В., 1Бджола А. В., 2Горбаток К. П., 1Синюгін А. А., 1Ярмолюк С. М.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03143
  2. Київський національний університет імені Тараса Шевченка
    вул. Володимирська, 64, Київ, Україна, 01601

Abstract

Мета. Фотодинамічна терапія (ФДТ) є однією із перспективних методів лікування раку. Перевагою використання ФДТ є вибіркове знищення ракових клітин шляхом активації фотосенсибілізаторів (ФС) при опроміненні. Метою дослідження є вивчення фотодинамічних властивостей сквараїнових барвників із N-замісниками. Методи. Флуоресцентна спектроскопія, UV-VIS спектроскопія, лазерна скануюча конфокальна мікроскопія, аналіз цитотоксичності. Результати. Досліджено спектрально-люмінесцентні властивості досліджуваних барвників у метанолі, ДМСО, водному розчині та в присутності альбуміну. Усі досліджувані барвники в комплексах із сироватковими альбумінами продемонстрували підвищення інтенсивності флуоресценції. Максимуми спектрів поглинання розташовані в області 657–677 нм. Максимуми випромінювання флуоресценції знаходяться в діапазоні 670–690 нм, що робить барвники придатними для фотодинамічної терапії. Ефективність досліджуваних барвників як фотосенсибілізаторів для фотодинамічної терапії (ФДТ) оцінювали in vitro. Барвники характеризуються незначною темновою токсичністю, але виявляють цитотоксичність після опромінення. Зв'язування з БСА зменшувало цитотоксичну дію барвників з гідрофільними групами. Водночас барвник з гідрофобною структурою зберігав властивості ФДТ як у водному середовищі, так і в присутності альбуміну. Лінія клітин раку молочної залози (MCF-7) була використана для вивчення здатності досліджуваних барвників проникати крізь клітинну мембрану. Було встановлено, що досліджувані барвники можуть проникати крізь клітинну мембрану, неспецифічно фарбувати клітинні компоненти в цитоплазмі та не накопичуватися в ядрах, про що показало спільне фарбування з Hoechst. Висновки. Усі синтезовані барвники продемонстрували поглинання в зоні «терапевтичного вікна», що робить їх максимально придатними для біовізуалізації in vivo та ФДТ. Показано, що всі досліджувані барвники мали низьку темнову токсичність, але проявили токсичність після промінення червоним світлом. Було продемонстровано, що зв'язок з альбуміном і агрегація барвників може мати як негативний, так і позитивний вплив на фототоксичну властивість фотосенсибилизаторів в залежності від їх будови.
Keywords: сквараїнові барвники, флуоресцентна спектроскопія, спектроскопія поглинання, флуоресцентна мікроскопія
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Gunaydin G, Gedik ME, Ayan S. Photodynamic Therapy for the Treatment and Diagnosis of Cancer-A Review of the Current Clinical Status. Front Chem. 2021; 9:686303.
[2] Mroz P, Yaroslavsky A, Kharkwal GB, Hamblin MR. Cell death pathways in photodynamic therapy of cancer. Cancers (Basel). 2011; 3(2):2516-39.
[3] Baptista MS, Cadet J, Di Mascio P, Ghogare AA, Greer A, Hamblin MR, Lorente C, Nunez SC, Ribeiro MS, Thomas AH, Vignoni M, Yoshimura TM. Type I and Type II Photosensitized Oxidation Reactions: Guidelines and Mechanistic Pathways. Photochem Photobiol. 2017; 93(4):912-9.
[4] Coupienne I, Fettweis G, Rubio N, Agostinis P, Piette J. 5-ALA-PDT induces RIP3-dependent necrosis in glioblastoma. Photochem Photobiol Sci. 2011; 10(12):1868-78.
[5] François A, Marchal S, Guillemin F, Bezdetnaya L. mTHPC-based photodynamic therapy induction of autophagy and apoptosis in cultured cells in relation to mitochondria and endoplasmic reticulum stress. Int J Oncol. 2011; 39(6):1537-43.
[6] Yoo JO, Ha KS. New insights into the mechanisms for photodynamic therapy-induced cancer cell death. Int Rev Cell Mol Biol. 2012; 295:139-74.
[7] Gollnick SO, Evans SS, Baumann H, Owczarczak B, Maier P, Vaughan L, Wang WC, Unger E, Henderson BW. Role of cytokines in photodynamic therapy-induced local and systemic inflammation. Br J Cancer. 2003; 88(11):1772-9.
[8] Korbelik M, Cecic I. Contribution of myeloid and lymphoid host cells to the curative outcome of mouse sarcoma treatment by photodynamic therapy. Cancer Lett. 1999; 137(1):91-8.
[9] Chakraborty G, Ray AK, Singh PK, Pal H. A highly fluorescent turn-on probe in the near-infrared region for albumin quantification in serum matrix. Chem Commun (Camb). 2018; 54(60):8383-6.
[10] Ramaiah D, Eckert I, Arun KT, Weidenfeller L, Epe B. Squaraine dyes for photodynamic therapy: study of their cytotoxicity and genotoxicity in bacteria and mammalian cells. Photochem Photobiol. 2002; 76(6):672-7.
[11] Jahanban-Esfahlan A, Ostadrahimi A, Jahanban-Esfahlan R, Roufegarinejad L, Tabibiazar M, Amarowicz R. Recent developments in the detection of bovine serum albumin. Int J Biol Macromol. 2019; 138:602-17.
[12] D Gomes V, EF Boto R, Almeida P, JG Coutinho P, Rui Pereira M, Sameiro T Gonçalves M, V Reis L. Squaraine dyes as serum albumins probes: Synthesis, photophysical experiments and molecular docking studies. Bioorg Chem. 2021; 115:105221.
[13] Volkova KD, Kovalska VB, Losytskyy MYu, Reis LV, Santos PF, Almeida P, Lynch DE, Yarmoluk SM. Aza-substituted squaraines for the fluorescent detection of albumins. Dyes Pigm. 2011; 90(1):41-7.
[14] Martins TD, Lima E, Boto RE, Ferreira D, Fernandes JR, Almeida P, Ferreira LFV, Silva AM, Reis LV. Red and Near-Infrared Absorbing Dicyanomethylene Squaraine Cyanine Dyes: Photophysicochemical Properties and Anti-Tumor Photosensitizing Effects. Materials (Basel). 2020; 13(9):2083.
[15] Bagchi D, Halder A, Debnath S, Saha P, Kumar PalS. Exploration of interfacial dynamics in squaraine based nanohybrids for potential photodynamic action. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2019; 380:111842.
[16] Lima E, Reis LV. 'Lights, squaraines, action!' - the role of squaraine dyes in photodynamic therapy. Future Med Chem. 2022; 14(19):1375-402.
[17] Dereje DM, Pontremoli C, Moran Plata MJ, Visentin S, Barbero N. Polymethine dyes for PDT: recent advances and perspectives to drive future applications. Photochem Photobiol Sci. 2022; 21(3):397-419.
[18] Ishchenko AA, Syniugina AT. Structure and Photosensitaizer Ability of Polymethine Dyes in Photodynamic Therapy: A Review. Theor Exp Chem. 2023; 58(6):373-401.
[19] Rüttger F, Mindt S, Golz C, Alcarazo M, John M. Isomerization and Dimerization of Indocyanine Green and a Related Heptamethine Dye. Eur J Org Chem. 2019; 30:4791-6.
[20] Serpe L, Ellena S, Barbero N, Foglietta F, Prandini F, Gallo MP, Levi R, Barolo C, Canaparo R, Visentin S. Squaraines bearing halogenated moieties as anticancer photosensitizers: Synthesis, characterization and biological evaluation. Eur J Med Chem. 2016; 113:187-97.
[21] Mandim F, Graça VC, Calhelha RC, Machado ILF, Ferreira LFV, Ferreira ICFR, Santos PF. Synthesis, Photochemical and In Vitro Cytotoxic Evaluation of New Iodinated Aminosquaraines as Potential Sensitizers for Photodynamic Therapy. Molecules. 2019; 24(5):863.
[22] Sun J, Feng E, Shao Y, Lv F, Wu Y, Tian J, Sun H, Song F. A Selenium-Substituted Heptamethine Cyanine Photosensitizer for Near-Infrared Photodynamic Therapy. Chembiochem. 2022; 23(22):e202200421.
[23] Lima E, Ferreira O, Gomes VSD, Santos AO, Boto RE, Fernandes JR, Almeida P, Silvestre SM, Reis LV. Synthesis and in vitro evaluation of the antitumoral phototherapeutic potential of squaraine cyanine dyes derived from indolenine. Dyes Pigm. 2019; 167:98-108.
[24] Jisha VS, Arun KT, Hariharan M, Ramaiah D. Site-selective interactions: squaraine dye-serum albumin complexes with enhanced fluorescence and triplet yields. J Phys Chem B. 2010; 114(17):5912-9.
[25] Kollar J, Machacek M, Jancarova A, Kubat P, Kucera R, Miletin M, Novakova V, Zimcik P. Effect of bovine serum albumin on the photodynamic activity of sulfonated tetrapyrazinoporphyrazine. Dyes Pigm. 2018; 162:358-66.
[26] Huang JD, Lo PC, Chen YM, Lai JC, Fong WP, Ng DK. Preparation and in vitro photodynamic activity of novel silicon(IV) phthalocyanines conjugated to serum albumins. J Inorg Biochem. 2006; 100(5-6):946-51.
[27] Syniugina AT, Chernii SV, Losytskyy MYu, Ozkan HG, Slominskii YuL, Syniugin AR, Pekhnyo V, Mokhir AA, Yarmoluk SM. N-alkyl functionalized squaraine dyes as fluorescent probes for the detection of serum albumins. Biopolym. Cell. 2022; 38(2):103-16.
[28] Meng Z, Xue H, Wang T, Chen B, Dong X, Yang L, Dai J, Lou X, Xia F. Aggregation-induced emission photosensitizer-based photodynamic therapy in cancer: from chemical to clinical. J Nanobiotechnology. 2022; 20(1):344.