Terapia fotodinâmica no cancro da próstata usando formulações porfirínicas

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Terapia fotodinâmica no cancro da próstata usando formulações porfirínicas

Segunda, 13.12.2021

Legenda da esquerda para a direita: Maria Graça Neves, Amparo Faustino, Mariana Mesquita e Margarida Fardilha.

 

O cancro de próstata é a segunda principal causa de morte por cancro na população masculina, representando, assim, um grave problema de saúde pública. Nos últimos anos, a terapia fotodinâmica (PDT) tem surgido como uma terapia bastante promissora para o tratamento deste tipo de cancro. Esta metodologia baseia-se na combinação de três componentes: 1) um agente químico não tóxico (fotossensibizador; PS), 2) luz visível (desde o azul ao vermelho) para ativação do PS, e 3) oxigénio molecular. Estes componentes não são tóxicos por si, mas, quando combinados, podem iniciar reações fotoquímicas e, consequentemente, gerar espécies reativas de oxigénio. Assim, o stress oxidativo induzido nos tecidos alvo por esta combinação pode provocar a morte das células cancerígenas (por apoptose e/ou necrose). Apesar desta modalidade terapêutica já ter sido aprovada para alguns tipos de cancro (ex. bexiga, esófago e pulmão), a sua aplicação generalizada é ainda limitada. Esta limitação deve-se à falta de um agente químico otimizado (com as propriedades ideais), à existência de múltiplos protocolos de tratamento, e ainda ao recurso de fontes de luz dispendiosas (como por exemplo alguns lasers) que desencorajam a implementação da PDT como modalidade de tratamento de primeira linha. Como tal, o desenvolvimento de novos agentes fotossensibilizadores com características adequadas, juntamente com a implementação de protocolos de tratamento com recurso a fontes de iluminação acessíveis e de fácil utilização, pode estimular a disseminação da aplicação da PDT na clínica.

Neste sentido, investigadores da Universidade de Aveiro prepararam vários derivados porfirínicos (porfirinas e os análogos reduzidos) com propriedades fotofísicas promissoras para serem usados como agentes PS na PDT do cancro da próstata. Para aplicá-los em meio fisiológico e, de forma a preservar as propriedades fotodinâmicas dos mesmos, os investigadores prepararam uma formulação à base de polivinilpirrolidona (PVP). A eficácia fotodinâmica dos derivados foi aferida em estudos in vitro numa linha celular de cancro da próstata (PC-3). Os resultados obtidos demonstraram que os derivados preparados não apresentaram citotoxicidade no escuro, e confirmaram um efeito fotodinâmico significativo nas células PC-3 para duas das moléculas preparadas (PS2@PVP e PS3@PVP) após exposição a luz vermelha de baixa intensidade (10,6 J.cm-2). Análises bioquímicas revelaram ainda que o tratamento das células PC-3 com ambas as formulações resultaran na redução do nível de expressão da proteína anti-apoptótica Bcl-2. Como o dano nesta proteína foi acompanhado da ativação da pro-caspase-3, os autores concluíram que após irradiação com luz vermelha, as espécies reativas de oxigénio produzidas foram capazes de induzir apoptose por uma via dependente de caspases. Em suma, os resultados obtidos neste estudo demonstraram que entre os compostos preparados, os derivados reduzidos (PS2@PVP e PS3@PVP) foram muito eficazes na indução de morte celular, destacando assim seu grande potencial como agentes terapêuticos no tratamento do cancro da próstata.

 

Autores e Afiliações:

Mariana Q. Mesquita*^, Ana Rita Ferreira*, Maria da Graça P.M.S. Neves^, Daniela Ribeiro*, Margarida Fardilha*, Maria A.F. Faustino^

* Instituto de Biomedicina – iBiMED & Departamento de Ciências Médicas, Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal

^ Departmento de Química & LAQV-REQUIMTE, Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal

 

Abstract:

Prostate cancer (PCa) is the second most frequent cancer diagnosed in men worldwide. Among the common treatment options, photodynamic therapy (PDT) is being considered a promising local therapy to treat this cancer. Although PDT is an established treatment modality approved for several types of cancer, the low solubility, the reduced tumor selectivity, the absorption in the therapeutic window and the poor clearance from the body of the currently approved photosensitizers (PS) hampers its wide clinical application. In this regard, herein we synthesized three fluorinated porphyrinoid derivatives and entrapped them into polyvinylpyrrolidone (PVP) to prevent their aggregation and preserve their desirable photophysical properties under the physiological environment. In vitro studies revealed the negligible dark cytotoxicity of all PVP formulations (PS1@PVP, PS2@PVP and PS3@PVP) at the tested concentrations (5.0 to 20 μM), but also confirmed the significant photodynamic effect of PS2@PVP and PS3@PVP towards the PCa cell line PC-3, upon red light irradiation at an irradiance of 17.6 mW.cm−2. To provide insight into the underlying mechanisms of cell death under PDT treatment induced by PS2@PVP and PS3@PVP, their intracellular localization in PC-3 cells was firstly investigated by confocal microscopy. Since both PS2@PVP and PS3@PVP nanoparticles were mainly localized in mitochondria, the involvement of this organelle in PDT-induced apoptosis mediated by both formulations was further explored. Western blot analysis revealed that PDT treatment of PC-3 cells with either PS2@PVP or PS3@PVP resulted in the reduction of the expression level of the anti-apoptotic protein Bcl-2. As the photodamage to Bcl-2 after PDT with PS2@PVP and PS3@PVP was accompanied by the further activation of pro-caspase-3, we assumed that upon irradiation the photogenerated reactive oxygen species (ROS) were able to activate a caspase-dependent apoptotic response as a consequence of a post-mitochondrial event. Taken together, these findings demonstrate that among the tested fluorinated porphyrinoids, PS2@PVP and, particularly, PS3@PVP, are significantly more effective in overall PC-3 cell killing than PS1@PVP, thus highlighting their great potential as therapeutic agents for PCa.

 

Revista: Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology, 2021

 

Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1011134421001809