Bisphosphonate Inhibition of Prostate Cancer Cell Invasion, Migration and Cytoskeletal Organization

Metastatic bone lesions are commonly associated with prostate cancer affecting approximately 60-80% of the patients. The progression of prostate cancer into an advanced stage is a complex process and its molecular mechanisms are poorly understood. So far, no curative treatment is available for advanced stages of prostate cancer. Bisphosphonates (BPs) are synthetic pyrophosphate analogues, which are used as therapeutics for various metabolic bone diseases because of their ability to inhibit osteoclastic bone resorption. Nitrogen-containing bisphosphonates block the function of osteoclasts by disturbing the vesicular traffic and the mevalonate pathway -related enzymes, for example farnesyl diphosphate synthase, which is involved in post-translational isoprenylation of small GTPases. In addition, the anti-proliferative, anti-invasive and pro-apoptotic effects of nitrogen-containing bisphosphonates on various cancer cell lines have been reported. The aim of this thesis work was to clarify the effects of bisphosphonates on prostate cancer cells, focusing on the mechanisms of adhesion, invasion and migration. Furthermore, the role of the mevalonate pathway and prenylation reactions in invasion and regulation of the cytoskeleton of prostate cancer cells were examined. Finally, the effects of alendronate on cytoskeleton- and actin-related proteins in prostate cancer cells were studied in vitro and in vivo. The results showed that the nitrogen-containing bisphosphonate alendronate inhibited the adhesion of prostate cancer cells to various extracellular matrix proteins and migration and invasion in vitro. Inhibition of invasion and migration was reversed by mevalonate pathway intermediates. The blockage of the prenylation transferases GGTase I and FTase inhibited the invasion, migration and actin organization of prostate cancer cells. The marked decrease of cofilin was observed by the prenylation inhibitors used. Inhibition of GGTase I also disrupted the regulation of focal adhesion kinase and paxillin. In addition, alendronate disrupted the cytoskeletal organization and decreased the level of cofilin in vitro and in vivo. The decrease of the cofilin level by alendronate could be one of the key mechanisms behind the observed inhibition of migration and invasion. Based on the effects of nitrogen-containing bisphosphonates on tumor cell invasion and cytoskeletal organization, they can be suggested to be developed as therapeutics for inhibiting prostate cancer metastasis.

Photoexcitation dynamics in organic solar cell donor/acceptor systems

Solceller presenteras ofta som ett miljövänligt alternativ för energiproduktion. Det största hindret för en bredare ibruktagning av kiselbaserade solceller är deras höga pris. I och med upptäckten av ledande och halvledande organiska (kolbaserade) molekyler och polymerer har ett nytt forskningsområde, organisk elektronik, vuxit fram. Den stora fördelen med organisk elektronik är att de använda materialen oftast är lösliga. Tillverkning av elektroniska komponenter kan då göras med hjälp av konventionella trycktekniker där bläcket ersatts med upplösta organiska material. Detta har potential att betydligt sänka priset för solceller. Nackdelen med organisk elektronik är att de använda materialen är komplexa, och de fysikaliska processerna i dem likaså. I min avhandling har jag studerat fotofysiken i två polymerer, P3HT och APFO3, som kan användas för att tillverka organiska solceller. Blandade med fullerenderivatet PCBM, som är en stark elektronacceptor, fås ett material som effektivt producerar elektroner och hål under belysning. I praktiken bidrar dock inte alla skapade laddningar till strömmen ur solcellen. Elektronerna och hålen kan förbli bundna till varandra i olika exciterade tillstånd, och även de som är fria kan träffa på motsatta laddningar under vägen till kontakterna och rekombinera. Centralt i mitt arbete har varit att identifiera olika typer av exciterade tillstånd i dessa solcellsmaterial, samt att bestämma deras livstider och rekombination. Metoden för detta har varit s.k. fotoinducerad absorption, som mäter fotoexcitationernas absorptioner i infraröda våglängdsområdet. De två viktigaste resultaten som presenteras i avhandlingen är en ratekvationsmodell för fotoexcitationsdynamiken i APFO3 på ultrasnabba tidsskalor (femtosekund - microsekund) och bildandet av en rekombinationshämmande dipol vid gränsytan för P3HT och PCBM som följd av värmebehandling. Dessa resultat bidrar till förståelsen av de fotofysikaliska processerna i relaterade material.