velikost textu

Studium nových fotosensitizérů ze skupiny ftalocyaninů a azaftalocyaninů pro fotodynamickou léčbu nádorových onemocnění

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Studium nových fotosensitizérů ze skupiny ftalocyaninů a azaftalocyaninů pro fotodynamickou léčbu nádorových onemocnění
Název v angličtině:
Study of novel phthalocyanine and azaphthalocyanine photosensitizers for the photodynamic therapy of cancer
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Miloslav Macháček
Školitel:
Doc. PharmDr. Tomáš Šimůnek, Ph.D.
Oponenti:
prof. MUDr. Martina Řezáčová, Ph.D.
doc. RNDr. Jiří Mosinger, Ph.D.
Konzultant:
PharmDr. Veronika Nováková, Ph.D.
Id práce:
132302
Fakulta:
Farmaceutická fakulta v Hradci Králové (FaF)
Pracoviště:
Katedra biochemických věd (16-16160)
Program studia:
Biochemie (P1406)
Obor studia:
Patobiochemie a xenobiochemie (DPX4)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
22. 11. 2016
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Příloha práce byla vyloučena ze zveřejnění.
Jazyk práce:
Čeština
Abstrakt:
ABSTRAKT Univerzita Karlova v Praze, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra biochemických věd Kandidát Mgr. Miloslav Macháček Školitel doc. PharmDr. Tomáš Šimůnek, Ph.D. Název disertační práce Studium nových fotosensitizérů ze skupiny ftalocyaninů a azaftalocyaninů pro fotodynamickou léčbu nádorových onemocnění Fotodynamická terapie (PDT) nádorů je neinvazivní metoda určená k léčbě solidních nádorů. Jejími základními složkami jsou molekulární kyslík, světlo a fotosensitizér (PS) – komponenty samy o sobě netoxické, ale v kombinaci vedoucí k tvorbě reaktivních forem kyslíku (ROS; především singletového kyslíku), které poškozují buněčné struktury a vedou k buněčné smrti. Způsob, jakým je nádorová buňka zničena závisí především na typu PS, délce ozáření a lokalizaci léčiva, protože singletový kyslík je vysoce reaktivní a je schopen jen minimální difúze v biologických systémech. Kromě přímého cytotoxického působení PS se na eradikaci nádoru podílí také poškození cév (deprivace živin a kyslíku) a aktivace imunitního systému. V současné době se při návrhu struktur PS přistupuje buď vytvářením vhodné kombinace dostatečně aktivní látky a nosičového systému, tvorbou cílených konjugátů, nebo syntézou látek s vysokou aktivitou a minimální mírou tvorby agregátů ve vodném prostředí. V naší práci jsme se zaměřili především na hydrofilní ftalocyaniny (Pc) a azaftalocyaniny (AzaPc) s minimální toxicitou bez ozáření (u našich derivátů typicky v řádech 10^2 – 10^3 μM), a zároveň vysokou toxicitou po expozici aktivujícímu záření (řádově až 10^-3 μM). Celou řadu takovýchto látek se podařilo připravit a charakterizovat jak z hlediska fotofyziky, tak z hlediska fotodynamické aktivity v in vitro podmínkách na buněčné linii lidského karcinomu děložního čípku (HaLa). U nejnadějnějších látek byla tato aktivita sledována i na dalších nádorových i nenádorových liniích. Vzhledem k tomu, že aktivita PS je mj. ovlivněna i jejich lokalizací, důležitou součástí této práce bylo také určení primárního cíle po ozáření. Ve všech případech byl tento určen jako endo lyzosomální kompartment. PS po aktivaci poškozují membránu těchto organel a redistribuují se do cytoplazmy, kde během ozařování způsobují poškození dalších buněčných komponent. U kationických derivátů byla také pozorována následná redistribuce do jádra díky jejich vazbě na záporně nabitou strukturu DNA; tato redistribuce však probíhá až po ozáření, a to jen díky poškození jaderné membrány. Nedá se tedy očekávat mutagenní účinek těchto nových derivátů, což je také jedna z obecných kladných charakteristik léčiv tohoto typu oproti klasické chemoterapii. Masivní tvorba ROS po aktivaci vedla u námi studovaných lyzosomálně lokalizovaných derivátů k buněčné smrti nekrotického typu doprovázené neúplnou retrakcí buněk, tvorbou velkých membránových blebů, zkrácením a zakulacením mitochondrií a reorganizací aktinového a tubulinového cytoskeletu. U anionického AzaPc se nám také podařilo popsat mechanismus, který stojí za obecně nižší aktivitou záporně nabitých fotosensitizérů i přes absenci agregace. Anionické PS se váží na sérové bílkoviny (především albumin), kde dochází ke zhášení tripletového stavu a snížené tvorbě singletového kyslíku. Tato vazba však zároveň částečně chrání PS před negativním vlivem kyselého pH v lumen lyzosomů, kde by jinak karboxylátové skupiny ztrácely náboj a PS by agregoval. Výsledky našeho výzkumu ukazují, že i lyzosomálně lokalizované (Aza)Pc jsou účinnými PS indukující rychle a efektivně oxidativní poškození vedoucí k buněčné smrti.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Charles University in Prague, Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of biochemical sciences Candidate Mgr. Miloslav Macháček Supervisor doc. PharmDr. Tomáš Šimůnek, Ph.D. Title of Doctoral Thesis Study of novel phthalocyanine and azaphthalocyanine photosensitizers for the photodynamic therapy of cancer. Photodynamic therapy (PDT) of cancer is non-invasive treatment modality for solid tumour treatment using three basic components – molecular oxygen, light and photosensitizer (PS). These elements are essentially non-toxic on their own, but in the combination they induce reactive oxygen species (ROS; singlet oxygen mainly) production, causing damage to cellular components and subsequent cell death. Type of cell demise is dependent mainly on the type of PS, length of irradiation and subcellular localization of the drug. Singlet oxygen is highly reactive and is capable of limited diffusion in biological environment. Apart from direct cytotoxic effect, vascular shutdown (oxygen and nutrition deprivation) and activation of immune system are involved in tumour eradication. Combination of effective compound with delivery system, conjugation with targeting substances or synthesis of highly effective non-aggregating water soluble compounds are the main pathways in design of modern PSs. In our project we focused mainly on hydrophilic phthalocyanines (Pc) and azaphthalocyanines (AzaPc) with minimal dark toxicity (for our derivatives typically 10^2 – 10^3 μM) and high photodynamic activity (up to 10^-3 μM). Series of compounds were synthetized, photophysically and in vitro characterized on human cervical carcinoma cell line (HeLa) and for most promising compounds also on several other malignant and non malignant cell lines. Considering the importance of subcellular localization in the context of PS activity, we also focused on evaluation of primary target for our original compounds. In all cases, we observed endo lysosomal compartment out as the place of PS localization. After irradiation, the PSs damage membrane of those organelles and redistribute into cytoplasm, where they cause damage to other cellular components (still in the time-course of irradiation). Cationic derivatives subsequently redistribute also to the nucleus as the consequence of compromised nuclear membranes; their cationic nature allow them to bind negatively charged DNA. Redistribution to nucleus proceeds after irradiation and so no mutagenic effect of these novel PS is anticipated, which is general property of this type of drugs in the contrast to conventional chemotherapeutics. Extensive ROS production during photodynamic treatment leads, in the case of our lysosomal localized derivatives, to necrotic type of cell death accompanied with incomplete cell retraction, formation of large membrane blebs and blisters, shortening and rounding of mitochondria and reorganisation of actin and tubulin cytoskeleton. In the case of anionic AzaPc we were also able to describe the mechanism causing lower activity of negatively charged PS even in the absence of aggregation. Anionic PSs are bound to serum proteins (predominantly albumin) and triplet state quenching is taking place, which leads to the considerable decrease of singlet oxygen production. On the other hand, binding to the proteins also partly protects PS against negative influence of acidic lysosomal pH. In this environment the carboxylate groups lose charges and PS aggregate. Results of our research demonstrate that lysosomally localized (Aza)Pcs are potent PSs able to induce fast and effective oxidative damage leading to the cell death.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Miloslav Macháček 2.89 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Miloslav Macháček 188 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Miloslav Macháček 186 kB
Stáhnout Posudek vedoucího Doc. PharmDr. Tomáš Šimůnek, Ph.D. 221 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. MUDr. Martina Řezáčová, Ph.D. 295 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Jiří Mosinger, Ph.D. 214 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby Prof. Ing. Vladimír Wsól, Ph.D. 192 kB