BODIPY I como fotosensibilizador en células HeLa para terapia fotodinámica

Abstract

[EN] The investigation of this work will be focused on the photodynamic therapies (PDT) that use the photosensitizers (PS)-visible light of the appropriate wavelength combination in order to induce cell death. This kind of therapy provides a simple and controllable method that has been investigated mainly as a cancer therapy because of its low invasiveness, highly localized effect and an absence of serious side reactions. Applications have also been found in ophthalmology and dermatology. In this process, the photosensitizer (PS) molecule absorbs the energy of a photon (hν) of ultraviolet or visible radiation to become an excited state and rapidly transfers this energy to dissolved oxygen molecules to form singlet oxygen. When singlet oxygen is generated by photosensitization in cells, it reacts rapidly with nearby biomolecules and induces oxidative stress leading to necrotic or apoptotic cell death, but autophagic cell death has also been described. A new class of PS molecules based on the 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene (BODIPY) core have attracted the attention of researchers in the last decade. BODIPYs have many ideal chemico- physical features as a PS, including high extinction coefficients, resistance to photobleaching, high light–dark toxicity ratios, high lipophilicity and relative environment insensitivity. Several works have covered the role of BODIPYs as fluorescent dyes, sensitizers for solar cells, chemosensors or energy transfer cassettes, but the research of BODIPYs as PS for PDT is still new. In this work, we report the synthesis of a new BODIPY-based molecule that was synthesized as a selective sensor which detects trivalent ions Al3+, Fe3+ and Cr3+, and moreover, we discovered that this molecule can act as a PS for a PDT when it is co-cultivated with living cells and illuminated with light whose wavelength matches the maximum absorption of the PS. We assessed and characterized the photocytotoxicity of this compound on the cervical cancer HeLa cell line. Comparative measurements of singlet oxygen generation by spectrophotometric analysis, characterization of the subcellular localization by fluorescence microscopy, and assessment of photocytotoxicity were made on this purpose.

[ES] La línea de investigación de este proyecto se centrará en las terapias fotodinámicas (PDT, photodynamic therapy), que utilizan la combinación de agentes fotosensibilizadores (PS) y luz visible de la longitud de onda correspondiente al espectro de absorción del PS para inducir muerte celular; en presencia de una concentración adecuada de oxígeno molecular. Este tipo de terapia proporciona un método simple y controlable que ha sido investigado principalmente como una terapia anticancerígena por su localizado efecto, su escasa invasividad, y la ausencia de efectos secundarios de gran relevancia, aunque también ha sido aplicado en los campos de la dermatología y la oftalmología La fotoactivación del PS provoca la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS). En este proceso, la molécula fotosensibilizadora (PS) absorbe la energía de un fotón (hν) de radiación visible o ultravioleta y se convierte a un estado excitado, que rápidamente cede su energía a moléculas de oxígeno disueltas para formar oxígeno singlete. Cuando se genera el oxígeno singlete por fotosensibilización en células, este reacciona rápidamente con biomoléculas cercanas e induce estrés oxidativo que conduce a la muerte celular por necrosis o apoptosis, y en algunos casos autofagia. Aunque se conocen varias moléculas PS, nuestra investigación se centrará en la familia de los BODIPYs (boron-dipyrromethenes) principalmente conocidos como marcadores fluorescentes, materiales ópticos no lineares y quimiosensores, entre otros usos. Sin embargo, su aplicación como PSs para PDT es un campo de investigación relativamente reciente. Presentan múltiples características que los convierten en especialmente favorables para las PDTs: coeficientes de extinción, resistencia al fotoaclaramiento, elevados ratios luz/oscuridad versus toxicidad, elevada lipofilidad y una sensibilidad relativa a las condiciones medioambientales.En este trabajo, se presenta la síntesis de una nueva molécula de la familia de los BODIPYs que, siendo sintetizada como un sensor fluorescente específico de los cationes trivalentes Al3+, Fe3+ and Cr3+, descubrimos que esta molécula es capaz de actuar como PS para PDT cuando se introduce en células vivas y se ilumina con luz de la longitud de onda que coincide con el máximo de absorción del PS. En este trabajo, se realizan medidas comparativas de generación de oxígeno singlete mediante análisis espectrofotométricos, la caracterización de la sublocalización celular del compuesto tras su entrada en las células mediante microscopía de fluorescencia y la evaluación de la fototoxicidad de la molécula en células HeLa.