Фотодинамическая эффективность in vitro поликатионных фотосенсибилизаторов на основе длинноволновых фталоцианинов

Поликатионные фотосенсибилизаторы ранее продемонстрировали высокую эффективность in vitro против клеток рака лёгкого, в том числе против раковых стволовых клеток, при низкой темновой цитотоксичности. Поликатионные фталоцианины имеют высокий квантовый выход фотогенерации синглетного кислорода и фотостабильность. Кроме этого, возможно относительно простое введение различных металлов-комплексообразователей и заместителей во фталоцианиновые макроциклы, что дает возможность варьирования фотофизических характеристик. В данной работе мы изучали фотофизические свойства фотосенсибилизаторов на основе поликатионных производных фталоцианинов с различной химической структурой, обладающих интенсивным поглощением в длинноволновой области (680–690 нм). Исследованные фотосенсибилизаторы проявляют незначительную агрегацию в диапазоне концентраций 1–100 мкМ и демонстрируют очень высокую фототоксичность в исследовании in vitro на клетках карциномы лёгкого A549 (IC₅₀ 60–100 нМ для ZnPcChol₈ и 100–300 нМ для 4αZnPc4⁺ и 4αβZnPc4⁺ в зависимости от дозы света), а также низкую темновую цитотоксичность.

1. Agostinis P., Berg K., Cengel K. A. et al. Photodynamic therapy of cancer: an update // CA: a cancer journal for clinicians. – 2011. – Vol. 61. – № 4. – P. 250–281. doi: 10.3322/caac.20114.

2. Abrahamse H., Hamblin M. R. New photosensitizers for photodynamic therapy // Biochemical Journal. – 2016. – Vol. 473. – № 4. – P. 347–364. doi: 10.1042/BJ20150942.

3. Kvashnina D. V., Shirokova I. Yu., Belyanina N. A. et al. Study of accumulation of water-soluble asymmetric cationic porphyrins in gram-positive wound infection pathogens during photodynamic inactivation // Biomedical Photonics. – 2025. – Vol. 14. – № 2. – P. 4–11. doi: 10.24931/2413-9432-2025-14-2-4-11.

4. Suvorov N. V., Shchelkova V. V., Rysanova E. V. et al. New cationic chlorin as potential agent for antimicrobial photodynamic therapy // Biomedical Photonics. – 2024. – Vol. 13. – № 3. – P. 14–19. doi: 10.24931/2413-9432-2024-13-3-14-19.

5. Governatore M. D., Hamblin M. R., Piccinini E. E. et al. Targeted photodestruction of human colon cancer cells using charged 17.1A chlorine6 immunoconjugates // British Journal of Cancer. – 2000. – Vol. 82. – № 1. – P. 56–64. doi: 10.1054/bjoc.1999.0877.

6. Hamblin M. R., Miller J. L., Hasan T. Effect of charge on the interaction of site-specific photoimmunoconjugates with human ovarian cancer cells // Cancer Research. – 1996. – Vol. 56. – № 22. – P. 5205–5210.

7. Duska L., Hamblin M., Bamberg M. et al. Biodistribution of charged F(ab’)2 photoimmunoconjugates in a xenograft model of ovarian cancer // British Journal of Cancer. – 1997. – Vol. 75. – № 6. – P. 837–844. doi: 10.1038/bjc.1997.149.

8. Photosensitizers in Medicine, Environment, and Security ed. T. Nyokong, V. Ahsen, Dordrecht: Springer Netherlands, 2012. doi: 10.1007/978-90-481-3872-2.

9. Mantareva V. N., Angelov I., Wöhrle D. et al. Metallophthalocyanines for antimicrobial photodynamic therapy: an overview of our experience // Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. – 2013. – Vol. 17. – № 06n07. – P. 399–416. doi: 10.1142/S1088424613300024.

10. Meerovich G. A., Akhlyustina E. V., Tiganova I. G. et al. Novel Polycationic Photosensitizers for Antibacterial Photodynamic Therapy Cham: Springer, New York, NY, 2019. C. 1–19. doi: 10.1007/5584_2019_431.

11. Makarov D. A., Yuzhakova O. A., Slivka L. K. et al. Cationic Zn and Al phthalocyanines: synthesis, spectroscopy and photosensitizing properties // Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. – 2007. – Vol. 11. – № 08. – P. 586–595. doi: 10.1142/S1088424607000680.

12. Yakubovskaya R. I., Plyutinskaya A. D., Plotnikova E. A. et al. Comparative in vitro study of different classes of photosensitizers. Pyropheophorbides and chlorines // Russian Journal of Biotherapy. – 2015. – Vol. 14. – № 1. – P. 43–51. doi: 10.17650/1726-9784-2015-14-1-43-51.

13. Yakubovskaya R. I., Plotnikova Е. А., Plyutinskaya A. D. et al. Photophysical properties and in vitro and in vivo photoinduced antitumor activity of cationic salts of meso-tetrakis(N-alkyl-3-pyridyl) bacteriochlorins // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. – 2014. – Vol. 130. – P. 109–114. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2013.10.017.

14. Bunin D. A., Martynov A. G., Safonova E. A. et al. Robust route toward cationic phthalocyanines through reductive amination // Dyes and Pigments. – 2022. – Vol. 207. – P. 110768. doi: 10.1016/j.dyepig.2022.110768.

15. Bunin D. A., Akasov R. A., Martynov A. G. et al. Pivotal Role of the Intracellular Microenvironment in the High Photodynamic Activity of Cationic Phthalocyanines // Journal of Medicinal Chemistry. – 2025. – Vol. 68. – № 1. – P. 658–673. doi: 10.1021/acs.jmedchem.4c02451.

16. Kogan E. A., Meerovich G. A., Karshieva S. Sh. et al. On the mechanisms of photodynamic action of photosensitizers based on polycationic derivatives of synthetic bacteriochlorin against human lung cancer cells A549 (in vitro study) // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2022. – Vol. 39. – P. 102955. doi: 10.1016/j.pdpdt.2022.102955.

17. Pominova D. V., Ryabova A. V., Skobeltsin A. S. et al. Spectroscopic study of methylene blue in vivo: effects on tissue oxygenation and tumor metabolism // Biomedical Photonics. – 2023. – Vol. 12. – № 1. – P. 4–13. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-1-4-13.

18. Akhlyustina E. V., Lukyanets E. A., Alekseeva N. V. et al. Photosensitizers for the photodynamic inactivation of bacteria, including in biofilms / E. V. Akhlyustina, E. A. Lukyanets, N. V. Alekseeva et al., 2018. Patent RF №2670201 c.

19. Romanishkin I. D., Akhlyustina E. V., Meerovich G. A. et al. On the aggregation of polycationic photosensitizer upon binding to Gram-negative bacteria // Methods and Applications in Fluorescence. – 2024. – Vol. 12. – № 3. – P. 035001. doi: 10.1088/2050-6120/ad3892.

20. Meerovich G. A., Linkov K. G., Nekhoroshev A. V. et al. Devices for Photodynamic Studies Based on Light-Emitting Diodes // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. – 2021. – Vol. 7. – № 4. – P. 040308. doi: 10.18287/JBPE21.07.040308.

21. Tominaga T. T., Yushmanov V. E., Borissevitch I. E. et al. Aggregation phenomena in the complexes of iron tetraphenylporphine sulfonate with bovine serum albumin // Journal of Inorganic Biochemistry. – 1997. – Vol. 65. – № 4. – P. 235–244. doi: 10.1016/S0162-0134(96)00137-7.

22. Shi D. Cancer Cell Surface Negative Charges: A Bio-Physical Manifestation of the Warburg Effect // Nano LIFE. – 2017. – Vol. 07. – № 03n04. – P. 1771001. doi: 10.1142/S1793984417710015.

23. Фотодинамическая эффективность авидин-биотиновой системы, включающей биотинилированные антитела и производные фталоцианиновых фотосенсибилизаторов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук: 03.00.04.- Институт биохимии им. Баха РАН Москва, 2001.- 155 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-2/59-0.

24. Meerovich G., Romanishkin I., Akhlyustina E. et al. Photodynamic Action in Thin Sensitized Layers: Estimating the Utilization of Light Energy // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. – 2021. – Vol. 7. – № 4. – P. 040301. doi: 10.18287/JBPE21.07.040301.