Badania przedkliniczne, fotouczulacze / Preclinical experiments, photosensitizers
Pełny temat badawczy: Synteza i ocena koniugatów porfiryny - Ophiobolin A: fotouczulacze trzeciej generacji w terapii fotodynamicznej glejaka wielopostaciowego in vitro
Promotor: dr hab. n. med. David Aebisher, prof. UR
e-mail: [email protected]
Streszczenie: Obecnie poszukuje się alternatywnych metod leczenia glejaka wielopostaciowego, ponieważ nawroty po leczeniu są prawie powszechne, a rokowania są złe. Wysoki odsetek nawrotów wynika zarówno z inwazyjnego charakteru glejaka, jak i jego oporności komórkowej na tradycyjne metody chemioterapii indukującej apoptozę. Staramy się zbadać właściwości i potencjał odczynników, które łączą indukcję paraptozy z apoptotycznym/nekrotycznym działaniem fotodynamicznym w celu namierzania i zabijania komórek glejaka, które przeżywają standardowe leczenie ze względu na ich odległość od marginesu resekcji i/lub ich genetyczną oporność na chemioterapię. Doniesiono, że naturalny produkt Ophiobolina A, sesterterpenoidowy metabolit grzyba, zabija komórki glejaka poprzez selektywną reakcję z lipidową fosfatydyloetanoloaminą błony kowalencyjnej w reakcji Paala-Knorra, tworząc pirole w rakowych asymetrycznych błonach retikulum endoplazmatycznego i/lub mitochondriów . Tworzenie piroli w reakcji Ophioboliny A z aminami błonowymi indukuje destabilizację błony i „obrzęk” błony, prowadząc do śmierci komórki poprzez szlak paraptotyczny charakteryzujący się wakuolacją komórkową, która jest różna od apoptozy. Aby wzmocnić efekt niszczenia komórek wywołany indukcją paraptozy i zwizualizować dostarczanie leku, wyobrażamy sobie błonowo-pirolowe koniugaty fotouczulacza Ophiobolina A, które mogą wiązać się kowalencyjnie z błonami komórkowymi i po napromieniowaniu wytwarzać cytotoksyczny tlen singletowy do synergicznego niszczenia komórek glejaka. Ta nowa klasa fotosensybilizatorów trzeciej generacji zostanie zbudowana poprzez dołączenie Ophioboliny A do barwników na bazie porfiryny i chloru za pomocą znanych procedur syntetycznych. Konstrukty zostaną zaprojektowane tak, aby przyłączały się do błon komórkowych glejaka i rozrywały je przed wywołaniem działania fotodynamicznego przez napromieniowanie tkanek. Zostaną zmierzone właściwości fotofizyczne i reaktywne koniugatów Ophiobolin A-fotosensybilizator, takie jak czas życia fluorescencji, czas trwania fosforescencji, wydajność kwantowa generowania tlenu singletowego oraz szybkość reakcji z błonową fosfatydyloetanoloaminą w warunkach fizjologicznych. W proponowanym projekcie komórki U87-MG będą hodowane zgodnie ze znormalizowanymi technikami ustalonymi dla dostępnej na rynku linii komórkowej. Po ustaleniu stabilnych hodowli komórkowych U87-MG, komórki zostaną poddane różnym stężeniom fotosensybilizatorów ofioboliny A i ocenione działanie biologiczne w obecności lub przy braku światła laserowego. Długość fali zostanie określona przez maksima absorpcji dołączonego fotosensybilizatora; fluencja zostanie wybrana zgodnie z aktualnymi wartościami stosowanymi w poresekcyjnej terapii fotodynamicznej. Biologiczne działanie fotosensybilizatorów ofioboliny A na komórki U87-MG będzie analizowane według następujących kryteriów: analiza MTT hamowania wzrostu i ocena morfologiczna wskaźników paraptozy. Zgodnie z główną hipotezą projektu badawczego, linie komórkowe poddane działaniu fotosensybilizatorów ofioboliny A, a następnie wystawione na światło laserowe, powinny skutkować zmniejszoną żywotnością, niższym tempem proliferacji (hamowaniem wzrostu) i zwiększoną liczbą komórek przechodzących paraptozę/apoptozę.
Wymagania dla kandydata: ukończone studia na kierunku lekarskim, zainteresowania naukowe zbieżne z tematyką pracy badawczej, umiejętność pracy w zespole
Słowa klucze: badania przedkliniczne, fotouczulacze, terapia fotodynamiczna
Research Topic: Synthesis and Evaluation of Ophiobolin A-Porphyrin Conjugates: Third Generation Photosensitizers for Glioblastoma Multiforme Photodynamic Therapy in vitro
Supervisor: dr hab. n. med. David Aebisher, prof. UR
e-mail: [email protected]
Abstract: Alternative therapies for treatment of glioblastoma multiforme are currently being sought as post-treatment recurrence is nearly universal with a poor prognosis. The high rate of recurrence is due to both the invasive nature of glioblastoma and its cellular resistance to traditional methods of apoptosis-inducing chemotherapy. We seek to explore the properties and potential of reagents that combine paraptosis-induction with apoptoic/necrotic photodynamic action for targeting and killing glioblastoma cells that survive standard treatments due to either their distance from the resection margin and/or their genetic resistance to chemotherapy. It has been reported that the natural product Ophiobolin A, a sesterterpenoid fungal metabolite, kills glioblastoma cells by selectively reacting with the membrane lipid phosphatidylethanolamine covalently via a Paal-Knorr reaction, forming pyrroles within the cancerous asymmetrical membranes of the endoplasmic reticulum and/or mitochondria. The formation of pyrroles by reaction of Ophiobolin A with membrane amines induces membrane destabilization and membrane “swelling” leading to cell death via a paraptotic pathway characterized by cellular vacuolation which is distinct from apoptosis. To amplify the cell killing effect of paraptosis-induction and to visualize drug delivery, we envision membrane-pyrrole forming Ophiobolin A-photosensitizer conjugates that can bind covalently with cell membranes and, upon irradiation, generate cytotoxic singlet oxygen for synergistic glioblastoma cell destruction. This new class of third-generation photosensitizers will be constructed by attaching Ophiobolin A to both porphyrin and chlorin-based dyes by known synthetic procedures. The constructs will be designed to attach to and disrupt glioblastoma cell membranes prior to eliciting photodynamic action by tissue irradiation. The photophysical and reactive properties of Ophiobolin A-photosensitizer conjugates such as fluorescence lifetime, phosphorescence lifetime, quantum yield of singlet oxygen generation, and the rate of reaction with membrane phosphatidylethanolamine under physiological conditions will be measured. In the proposed project, U87-MG cells will be cultured according to standardized techniques established for the commercially available cell line. After establishing stable U87-MG cell cultures, cells will be subjected to different concentrations of ophiobolin A- photosensitizers and biological action evaluated in the presence or absence of laser light. The wavelength will be determined by the absorption maxima of the attached photosensitizer; fluence will be chosen in agreement with current values used in post-resection photodynamic therapy. The biological action of ophiobolin A-photosensitizers on U87-MG cells will be analyzed according to the following criteria: MTT analysis of growth inhibition, and morphological evaluation for indicators of paraptosis. According to main hypothesis of the study project, cell lines subjected to ophiobolin A-photosensitizers and subsequently exposed to the laser light should result in reduced viability, a lower rate of proliferation (growth inhibition) and an increased number of cells undergoing paraptosis/apoptosis.
Requirements for the candidate: completed studies in the field of medicine, scientific interests coinciding with the subject of research work, ability to work in a team
Keywords: preclinical experiments, photosensitizers, photodynamic therapy