Studium porfyrinových sensitizérů a xanthenových barviv indukujících fotodynamickou reakci in vitro

Mgr. Lukáš MALINA

Doctoral thesis

Study of porphyrin sensitizers and xanthene dyes inducing photodynamic reaction in vitro

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá studiem sensitizérů a fotodynamické terapie in vitro. Fotodynamická terapie využívá 3 základní složky - fotosensitivní látku, světlo a kyslík. Principem této terapie je aktivace fotosensitivní látky pomocí světelného záření o vhodné vlnové délce vedoucí ke vzniku reaktivních forem kyslíku, které jsou pro buňky cytotoxické a vedou k její destrukci. Teoretická část této práce se zaměřuje na shrnutí všech důležitých poznatků ohledně fotodynamické terapie, jako je přehled fotosensitizérů a jejich rozdělení do různých skupin, příklady zdrojů záření a způsobů ozařování nebo mechanismy vzniku reaktivních forem kyslíku, včetně buněčných struktur, které poškozují. Součástí je také vysvětlení procesů vedoucí k přímé buněčné smrti a k nepřímému celkovému zničení nádoru. Experimentální část zahrnuje in vitro experimenty na nádorové G361 a HeLa a nenádorové NIH3T3 buněčné linii s celkem 3 druhy fotosensitizérů - porfyrinovými látkami (TPPS4, ZnTPPS4, PdTPPS4 a MgTPPS4), xanthenovými barvivy (Rose Bengal a erythrosin B) a fotosensitizérem 3. generace (GO/TMPyP). Experimenty zahrnovaly MTT test, detekci produkce reaktivních forem kyslíku, detekci ztráty mitochondriálního membránového potenciálu, určení typu buněčné smrti, kometovou analýzu, analýzu fáze buněčného cyklu, měření Youngova modelu nebo určení distribuce fotosensitizérů. Cílem práce bylo zjistit účinnost fotodynamické terapie in vitro s využitím porfyrinových a xanthenových fotosensitizérů, charakterizovat jejich vliv na nádorové a nenádorové buněčné linie a určit míru buněčného poškození s využitím fluorescenčních metod a mikroskopických technik.

Abstract:

This thesis is focused on the effect of sensitizers and photodynamic therapy in vitro. The photodynamic therapy uses 3 main components - a photosensitive substance, a light and an oxygen. Principle of the therapy is an activation of photosensitive substance by irradiation with appropriate wavelength leading to reactive oxygen species production, which are cytotoxic and lead to cell destruction. The theoretical part of the thesis is focused on summary of all relevant knowledge about photodynamic therapy such as an overview of photosensitizers and their sorting into various categories, an examples of irradiation sources and irradiation methods or mechanisms of reactive oxygen species production together with cell structuctures affected by them. There is also part explaining processes leading to direct cell death or indirect destruction of the tumour. The experimental part included in vitro experiments on cancer G361 and HeLa and non-cancer NIH3T3 cell line with 3 different kinds of photosensitizers - porphyrin derivates (TPPS4, ZnTPPS4, PdTPPS4 a MgTPPS4), xanthene dyes (Rose Bengal a erythrosin B) and 3rd generation photosensitizer (GO/TMPyP). Experiments included MTT assay, detection of reactive oxygen species production, detection of mitochondrial membrane potential loss, the mode of cell death determination, comet assay, cell cycle arrest analysis, measurement of Young's modulus or determination of photosensitizer distribution. The objectives of the thesis were to find out the photodynamic therapy efficacy in vitro using porphyrin and xanthene photosensitizers, characterization of the effect on cancer and non-cancer cell line and the determination of the extent of cell damage using fluorescent methods and microscopic techniques.

Keywords

fotodynamická terapie, fotosensitizér, porfyriny, xanthenová barviva, reaktivní formy kyslíku

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 1. 2021

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Kateřina Bartoň Tománková, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Medical Biophysics / Medical Biophysics