biophBiomedical PhotonicsBiomedical Photonics2413-9432Non-profit partnership for development of domestic photodynamic therapy and photodiagnosis10.24931/2413-9432-2016-5-4-25-34bioph-112Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ МЕЗО-ТЕТРА(3-ПИРИДИЛ)БАКТЕРИОХЛОРИНАSTUDY OF SUBCELLULAR DISTRIBUTION OF CRYSTALLINE MESO-TETRA(3-PYRIDYL)BACTERIOCHLORIN NANOPARTICLESМаклыгинаЮ. С.MaklyginaYu. S.

Москва, Россия

Moscow, Russia

БородкинА. В.BorodkinA. V.

Москва, Россия

Moscow, Russia

РябоваА. В.RyabovaA. V.

Москва, Россия

Moscow, Russia

ПоминоваД. В.PominovaD. V.

Москва, Россия

Moscow, Russia

МакароваЕ. А.MakarovaE. A.

Москва, Россия

Moscow, Russia

ЛукьянецЕ. А.LukyanetsE. A.

Москва, Россия

Moscow, Russia

ЛощеновВ. Б.LoshchenovV. B.

Москва, Россия

Moscow, Russia

loschenov@mail.ruИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, РоссияРоссияGeneral Physics Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАНРоссияGeneral Physics Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАН Национальный исследовательский ядерный университет МИФИРоссияGeneral Physics Institute of the Russian Academy of Sciences National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationГосударственный научный центр «НИОПИК»РоссияState Scientific Center Scientific Research Institute Organic Intermediates and DyesRussian Federation201604022017542534Copyright © Маклыгина Ю.С., Бородкин А.В., Рябова А.В., Поминова Д.В., Макарова Е.А., Лукьянец Е.А., Лощенов В.Б., 20172017Маклыгина Ю.С., Бородкин А.В., Рябова А.В., Поминова Д.В., Макарова Е.А., Лукьянец Е.А., Лощенов В.Б.Maklygina Y.S., Borodkin A.V., Ryabova A.V., Pominova D.V., Makarova E.A., Lukyanets E.A., Loshchenov V.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pdt-journal.com/jour/article/view/112

В настоящей статье представлены результаты исследования внутриклеточного распределения молекулярных нанокристаллов мезотетра(3-пиридил)бактериохлорина, предлагаемых для использования в качестве терапевтических агентов для фотодинамической терапии. Исследования и оценка изменений спектроскопических свойств молекулярных кристаллов фотосенсибилизатора ближнего инфракрасного диапазона были проведены с помощью специального комплекса оборудования, созданного на базе волоконного спектрометра. В рамках работы проведено исследование и анализ характера внутриклеточного накопления мезо-тетра(3-пиридил) бактериохлорина в молекулярной (растворитель диметилсульфоксид) и нанокристаллической формах на различных культурах клеток: моноциты человека (THP-1), клетки рака шейки матки человека (HeLa) и клетки злокачественной опухоли мозга мыши (глиома С6). Оценку динамики внутриклеточного накопления исследуемого препарата в концентрациях 5 и 10 мг/л проводили с помощью лазерного микроскопа-спектроанализатора, а также методом конфокальной микроскопии. В ходе исследования было показано, что при взаимодействии с клеточными культурами молекулярные нанокристаллы исследуемого препарата приобретают способность к флуоресценции, откуда следует, что в клеточном окружении наночастицы мезо-тетра(3-пиридил)бактериохлорина становятся фототоксичными, что открывает перспективы их использования для флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии. Особая роль мезо-тетра(3-пиридил)бактериохлорина в ряду фотосенсибилизаторов обусловлена его спектральными характеристиками, а именно поглощением и флуоресценцией в ближнем инфракрасном диапазоне, что позволяет анализировать и воздействовать на более глубокие слои биоткани. Таким образом, использование наночастиц мезо-тетра(3-пиридил)бактериохлорина в качестве нанофотосенсибилизатора может повысить эффективность диагностики и терапии глубокозалегающих опухолей.

The results of the study of subcellular distribution of molecular meso-tetra(3-pyridyl)bacteriochlorin nanocrystals proposed as therapeutic agents for photodynamic therapy are represented in the article. Investigations and measurement of spectroscopic properties of molecular crystals of near-infrared photosensitizer were conducted using special device complex based on fiber-optic spectrometer. Investigation and analysis of the pattern of subcellular accumulation of meso-tetra(3-pyridyl)bacteriochlorin in molecular (dimethyl sulfoxide (DMSO) as solvent) and nanocrystalline forms on different cell lines: human monocytes (THP-1), human cervical cancer cells (HeLa) and mouse malignant brain tumor cells (glioma C6). The dynamics of subcellylar accumulation of the agent at concentration of 5 and 10 mg/l was assessed with laser microscope-spectrum analyzer and by confocal microscopy. The study showed that in the course of interaction with cell lines molecular nanocrystals of the agent developed ability to fluorescence. Hence, in the cellular environment meso-tetra(3-pyridyl) bacteriochlorin nanoparticles became phototoxic giving opportunities for their use for fluorescence diagnosis and photodynamic therapy. Specific role of meso-tetra(3-pyridyl)bacteriochlorin in the range of photosensitizers is determined by its spectral characteristics, i.e. absorption and fluorescence in near-infrared band, which allows measuring and affecting on deeper layers of biotissue. Thus, the use of meso-tetra(3-pyridyl)bacteriochlorin nanoparticles as nanophotosensitizers may improve the efficacy of diagnosis and treatment of deep-seated tumors.

флуоресцентная диагностикаспектроскопия обратного рассеяниявнутриклеточное распределение фотосенсибилизаторафотосенсибилизатор ближнего инфракрасного диапазонамезо-тетра(3-пиридил)бактериохлоринкристаллические наночастицы мезо-тетра(3-пиридил)бактериохлоринаfluorescence diagnosisbackscattering spectroscopyphotosensitizer intracellular distributionNIR-photosensitizersmesotetra( 3-pyridyl)bacteriochlorincrystalline nanoparticles of meso-tetra(3-pyridyl)bacteriochlorinReferencesBreymayer J., Rück A., Ryabova A.V., и др. Fluorescence Investigation of the Effect of Monocytes/Macrophages and Skin Cells on Aluminium Phthalocyanine Nanoparticle // Journal Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2014. – Vol. 11, Is. 3. – P. 380-390.Breymayer J., Rück A., Ryabova A.V., Loschenov V.B., Steiner R.W. Fluorescence Investigation of the Effect of Monocytes/Macrophages and Skin Cells on Aluminium Phthalocyanine Nanoparticle, Journal Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 2014, Vol. 11, Is. 3, pp. 380-390.Vasilchenko S.Yu., Volkova A.I., Ryabova A.V., et al. Application of aluminum phthalocyanine nanoparticles for fluorescent diagnostics in dentistry and skin autotransplantology // J. Biophoton. – 2010. – Vol. 3, No. 5-6. – Р. 336-346.Vasilchenko S.Yu., Volkova A.I., Ryabova A.V., Loschenov V.B., Konov V.I., Mamedov A.A., Kuzminand S.G., Lukyanets E.A. Application of aluminum phthalocyanine nanoparticles for fluorescent diagnostics in dentistry and skin autotransplantology, J. Biophoton., 2010, Vol. 3, No. 5-6, pp. 336-346.Oertel M., Schastak S.I., Tannapfel A., et al. Novel bacteriochlorin for high tissue-penetration: photodynamic properties in human biliary tract cancer cells in vitro and in a mouse tumour model // J. Photochem. Photobiol. B. – 2003. – Vol. 71. – P. 1-10.Oertel M., Schastak S.I., Tannapfel A., Hermann R., Sack U., Mossner J., Berr F. Novel bacteriochlorin for high tissue-penetration: photodynamic properties in human biliary tract cancer cells in vitro and in a mouse tumour model, J. Photochem. Photobiol. B., 2003, Vol. 71, pp. 1-10.Mazor O., Brandis A., Plaks V., et al. WST11, a novel water-soluble bacteriochlorophyll derivative; cellular uptake, pharmacokinetics, biodistribution, and vascular targeted photodynamic activity against melanoma tumors // Photochem. Photobiol. – 2005. – Vol. 81. – P. 342-351.Mazor O., Brandis A., Plaks V., Neumark E., Rosenbach-Belkin V., Salomon Y., Scherz A. WST11, a novel water-soluble bacteriochlorophyll derivative; cellular uptake, pharmacokinetics, biodistribution, and vascular targeted photodynamic activity against melanoma tumors, Photochem. Photobiol., 2005, Vol. 81, pp. 342-351.Rovers J.P., de Jode M.L., Rezzoug H., Grahn M.F. In vivo photodynamic characteristics of the near-infrared photosensitizer 5, 10, 15, 20-tetrakis (m-hydroxyphenyl) bacteriochlorin // Photochem. Photobiol. – 2000. – Vol. 72. – P. 358-364.Rovers J.P., de Jode M.L., Rezzoug H., Grahn M.F. In vivo photodynamic characteristics of the near-infrared photosensitizer 5, 10, 15, 20-tetrakis (m- hydroxyphenyl) bacteriochlorin, Photochem. Photobiol., 2000, Vol. 72, pp. 358-364.Миронов А.Ф., Грин М.А., Кармакова Т.А., и др. Новые фотосенсибилизаторы для ФДТ рака на основе природного бактериохлорофилла а // Российский биотерапевтический журнал. – 2003. – Т. 2, № 1. – С. 33-34.Mironov A.F., Grin M.A., Karmakova T.A., Plyutinskaya A.D., Yakubovskaya R.I., Feofanov A.V., Vini P. Novel photosensitizers for PDT of cancer based on natural bacteriochlorophyll a, Rossiiskii bioterapevticheskii zhurnal, 2003, Vol. 2, No. 1, pp. 33-34. (in Russian).Якубовская Р.И., Плотникова Е.А., Морозова Н.Б., и др. Аминоамиды в ряду бактериохлорофилла а и их фотоиндуцированная активность в системах in vitro и in vivo // Biomedical photonics. – 2013. – № 3. – C. 29-30.Yakubovskaya R.I., Plotnikova E.A., Morozova N.B., Grin M.A., Mironov A.F. Aminoamides derivative of bacteriochlorophyll a and their photo-induced activity in vitro and in vivo, Biomedical photonics, 2013, No. 3, pp. 29-30. (in Russian).Грин М.А., Пантюшенко И.В., Плотникова Е.А., и др. Новые фотосенсибилизаторы на основе бактериопурпуринимида и их фотоиндуцированная противоопухолевая активность // Biomedical photonics. – 2013. – № 3. – С. 33-34.Grin M.A., Pantyushenko I.V., Plotnikova E.A., Plyutinskaya A.D., Malygina A.I., Kashirtseva I.V., Mikhailovskaya A.A., Yakubovskaya R.I., Kaplan M.A., Mironov A.F Novel photosensitizers based on bacteriopurpurinimide and their photo-induced antitumor activity, Biomedical photonics, 2013, No. 3, pp. 33-34. (in Russian).Решетников Р.И., Грин М.А., Харитонова О.В., и др. Бактериохлорин-содержащая триада для совместной флюоресцентной диагностики и фотодинамической терапии рака // Biomedical photonics. – 2013. – № 3. – С. 34.Reshetnikov R.I., Grin M.A., Kharitonova O.V., Kozlov A.C., Krasnovskii A.A., Feofanov A.V., Ermakova D.E., Mironov A.F. Bacteriochlorin-containing triad for fluorescence diagnosis and photodynamic therapy, Biomedical photonics, 2013, No. 3, p. 34. (in Russian).Миронов А.Ф., Грин М.А., Ципровский А.Г., и др. Новые фотосенсибилизаторы бактериохлоринового ряда для фотодинамической терапии рака // Биоорганическая химия. – 2003. – Т. 29, № 2. – C. 214-221.Mironov A.F., Grin M.A., Tsiprovskii A.G., Segenevich A.V., Dzardanov D.V., Golovin K.V., Tsygankov A.A., Shim Ya.K. Novel bacteriochlorin photosensitizers for photodynamic therapy of cancer, Bioorganicheskaya khimiya, 2003, Vol. 29, No 2, pp. 214-221. (in Russian).Якубовская Р.И., Соловьева Л.И., Койфман О.И., и др. Фотосенсибилизатор для фотодинамической терапии // Патент России № 2548726. – 2015. – Бюл. № 11.Yakubovskaya R.I., Solov'eva L.I., Koifman O.I., Ponomarev G.V., Lastovoi A.P., Luk'yanets E.A., Morozova N.B., Plotnikova E.A. Photosensitizer for photodynamic therapy, Patent RF No. 2548726, 2015.Dudkin S.V., Makarova E.A., Slivka L.K., Lukyanets E.A. Synthesis and properties of tetra- and octacationic meso-tetrakis(3-pyridyl)bacteriochlorin derivatives // J. Porphyrins Phthalocyanines. – 2014. – Vol. 18, No. 1-2. – P. 107-114.Dudkin S.V., Makarova E.A., Slivka L.K., Lukyanets E.A. Synthesis and properties of tetra- and octacationic meso-tetrakis(3-pyridyl)bacteriochlorin derivatives, J. Porphyrins Phthalocyanines, 2014, Vol. 18, No. 1-2, pp. 107-114.Маклыгина Ю.С., Бородкин А.В., Лощенов В.Б. Лазерный микроскоп-спектроанализатор для исследования внутриклеточного накопления фотосенсибилизаторов ближнего инфракрасного диапазона спектра in vitro // Biomedical Photonics. – 2015. – № 3. – C. 3-9.Maklygina Yu.S., Borodkin A.V., Loshchenov V.B. Laser microscopespectrum analyzer for studying intracellular accumulation of near infrared emitting photosensitizers in vitro, Biomedical Photonics, 2015, No. 3, pp. 3-9. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.