Photodynamic therapy results in induction of WAF1/CIP1/P21 leading to cell cycle arrest and apoptosis

Photodynamic therapy (PDT) is a promising new modality that utilizes a combination of a photosensitizing chemical and visible light for the management of a variety of solid malignancies. The mechanism of PDT-mediated cell killing is not well defined. We investigated the involvement of cell cycle regulatory events during silicon phthalocyanine (Pc4)-PDT-mediated apoptosis in human epidermoid carcinoma cells A431. PDT resulted in apoptosis, inhibition of cell growth, and G0-G1 phase arrest of the cell cycle, in a time-dependent fashion. Western blot analysis revealed that PDT results in an induction of the cyclin kinase inhibitor WAF1/CIP1/p21, and a down-regulation of cyclin D1 and cyclin E, and their catalytic subunits cyclin-dependent kinase (cdk) 2 and cdk6. The treatment also resulted in a decrease in kinase activities associated with all the cdks and cyclins examined. PDT also resulted in (i) an increase in the binding of cyclin D1 and cdk6 toward WAF1/CIP1/p21, and (ii) a decrease in the binding of cyclin D1 toward cdk2 and cdk6. The binding of cyclin E and cdk2 toward WAF1/CIP1/p21, and of cyclin E toward cdk2 did not change by the treatment. These data suggest that PDT-mediated induction of WAF1/CIP1/p21 results in an imposition of artificial checkpoint at G1 → S transition thereby resulting in an arrest of cells in G0-G1 phase of the cell cycle through inhibition in the cdk2, cdk6, cyclin D1, and cyclin E. We suggest that this arrest is an irreversible process and the cells, unable to repair the damages, ultimately undergo apoptosis.

A cyclodextrin dimer with a photocleavable linker as a possible carrier for the photosensitizer in photodynamic tumor therapy

A cyclodextrin dimer has been synthesized with two β-cyclodextrins linked by a flexible chain containing a carbon–carbon double bond. This dimer binds and solubilizes a phthalocyanine-based photosensitizer that generates singlet oxygen on irradiation. When the complex is irradiated, the singlet oxygen cleaves the carbon–carbon link, and the cyclodextrins are released, liberating the photosensitizer into the light path. Ideas about how this phenomenon could be used to make photodynamic tumor therapy into a more selective process are described.

Nanopartículas lipídicas sólidas e vesículas cataniônicas contendo ftalocianina de cloro alumínio aplicadas nos processos fotodinâmicos

O trabalho apresentado foi realizado em duas etapas independentes e baseou-se no estudo de diferentes sistemas nanométricos para viabilizar a aplicação da ftalocianina de cloro alumínio (ClAlPc) na terapia fotodinâmica (TFD) para o tratamento do câncer de pele do tipo melanoma. O fármaco fotossensibilizante (FS) utilizado apresenta propriedades físico-químicas que lhe permitem exercer sua atividade fotodinâmica com excelência, sem a interferência do cromóforo endógeno melanina existente nas células melanocíticas. Para driblar sua elevada hidrofobicidade, ClAlPc foi encapsulada em sistemas nanométricos para administração em meio fisiológico. Inicialmente nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) foram desenvolvidas por emulsificação direta, após um estudo de elaboração do diagrama de fases. O compritol foi o lipídio sólido escolhido para compor as NLS, com diferentes concentrações de ClAlPc. Todas as formulações desenvolvidas foram devidamente caracterizadas, com tamanho médio entre 100 e 200 nm, baixa polidispersão, potencial zeta adequadamente negativo (~|30| mV), drug loading de ClAlPc entre 76-94% (com pequena redução após 24 meses) e alta eficiência de encapsulação (E.E.). A morfologia arredondada das nanopartículas foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e de força atômica. A estabilidade das NLS foi de 24 meses. A avaliação da cristalinidade do lipídio revelou a integração da ClAlPc à matriz lipídica da NLS, presença de estruturas polimórficas e grau de cristalinidade adequado, sem alterações após 24 meses. Nos estudos de difusão in vitro, observou-se que ftalocianina encapsulada nas NLS acumulam-se preferencialmente na epiderme e derme do que no estrato córneo, sem traços de permeação do ativo. Foi confirmado o caráter biocompatível das NLS sobre fibroblastos NIH-3T3. A ftalocianina encapsulada nas NLS não foi tóxica na linhagem de melanoma B16-F10 na ausência de luz, porém, apresentou excelente efeito fototóxico (0,75 ?g mL-1 de ClAlPc nanoencapsulada e irradiação entre 0,5 e 2,0 J cm-2), com redução da viabilidade celular de 87%. O segundo sistema de veiculação estudado foram as vesículas cataniônicas (VesCat), que se formam espontaneamente em água com o tensoativo TriCat 12. A obtenção das vesículas contendo ClAlPc envolve uma etapa adicional, para remoção de solvente orgânico, que foi aprimorada, reduzindo o tempo de produção em 55%. As VesCat/ClAlPc obtidas mantiveram suas propriedades físico-químicas e morfologia arredondada (confirmada por microscopia eletrônica de varredura), drug loading de 47% e alta E.E. Os resultados comprovaram que a aplicação desses dois sistemas nanométricos é altamente eficiente para aplicação da TFD no tratamento do câncer de pele do tipo melanoma ou outras doenças cutâneas, apresentando características favoráveis para avanços nos estudos de fase clínica e pré-clínica.

Preparação, caracterização e propriedades de lipossomas contendo o ácido -ciano-4-hidroxicinâmico e o agente fotossenbilizador AICIPc: um novo sistema carreador específico com ação sinérgica aplicado a terapia fotodinâmica

Ftalocianina de alumínio-cloro (AlClPc) é um fotossensibilizador de segunda geração em terapia fotodinâmica (TFD) caracterizado por seu caráter anfifílico e tendência de auto-agregação em meio aquoso, o que prejudica seu potencial de aplicação. O aCHC é um substrato de transportadores de monocarboxilato (MCT) superexpresso em células de MCF-7. Objetivando a solubilização da AlClPc e aumento de internalização em tecidos neoplásicos nos propomos aqui o uso de DSPC e DOPC em diferentes proporções para formar vesículas lipidicas mistas (LV) na presença de aCHC como sistemas veiculadores de fármaco. Lv foi preparado pelo método de injeção etanólica e formou vesículas de dimensões nanométricas (aproximadamente 100 nm) com bom índice de polidispersão, valores negativos de potencial zeta e estáveis em meio aquoso por mais de 50 dias. AlClPc se complexou com o fosfato das LV o que conferiu uma localização interfacial às moléculas de AlClPc como demonstrado pelos resultados de supressão de fluorescência. Medidas de anisotropia, fluorescência estática e resolvida no tempo corroboram com estes resultados e demonstram que a auto-agregação da AlClPc ocorre mesmo em lipossomas. Entretanto, a veiculação da AlClPc por LV em carcinoma de células escamosas oral (OSCC) levou a um processo de desagregação demonstrado por (FLIM). Este incrível comportamento é novo e aumenta o conhecimento científico sobre o mecanismo intracelular de ação de fotossensibilizadores em TFD. Em TFD, ambos os sistemas LVIII+AlClPc e LVIII+AlClPc+aCHC não apresentaram toxicidade no escuro no período de incubação de 3 h com as concentrações de lipídios, AlClPc e aCHC iguais a 0,15 mmol/L, 0,5 umol/L e 10,0 umol/L, respectivamente. De maneira inesperada, o sistema LVIII+AlClPc foi mais eficiente em TFD que o sistema LVIII+AlClPc+aCHC, devido ao caráter antioxidante do aCHC. Estes resultados abrem uma nova perspectiva do potencial uso de LV-AlClPc para o tratamento fotodinâmico.

Ação sinérgica entre terapia fotodinâmica e terapia hipertérmica utilizando nanobarras de ouro

Estudos com tratamento hipertérmico de tumores utilizando nanopartículas metálicas têm sido realizados durante as últimas décadas e mostram resultados bons quanto à remissão de tumores, por vezes chegando à cura completa. O mesmo acontece em relação aos tratamentos baseados em ação fotodinâmica de fotossensibilizadores. Tratamentos aliando a terapia hipertérmica com nanopartículas de ouro e a terapia fotodinâmica com diversos fotossensibilizadores tem efeito sinérgico e apresenta excelente potencial terapêutico, em que pese serem necessários mais estudos para que uma nova terapia conjunta possa ser implementada. A proposta deste trabalho foi investigar esse efeito sinérgico utilizando nanobastões de ouro complexados com fotossensibilizadores. Após a síntese dos nanobastões pelo método de seeding, a eficácia do tratamento fotodinâmico e da terapia hipertérmica, separadamente, foi investigada. A metodologia do recobrimento dos nanobastões por fotossensibilizador, em um primeiro momento, não logrou êxito com a porfirina, porém com a ftalocianina tetracarboxilada se mostrou mais eficaz. A taxa de fotodegradação da ftalocianina em solução foi investigada como parâmetro para a eficiência em geração de oxigênio singlete. Após centrifugação e lavagem das nanopartículas, no entanto, evidenciou-se por espectrofotometria que o fotossensibilizador não permaneceu aderido aos nanobastões. Em um segundo momento, optamos por recobrir os nanobastões por porfirinas tetrassulfonadas, com ou sem grupamentos metil-glucamina. Após o processo de recobrimento, essas ftalocianinas formaram complexos iônicos com o CTAB que recobre os nanobastões. Os complexos nanobastões-ftalocianinas foram analisados por microscopia eletrônica de transmissão e as taxas de geração de oxigênio singlete e de radical hidroxil foram investigadas. Além disso, foram utilizadas para testes in vivo e in vitro com células de melanoma melanótico (B16F10) ou amelanótico (B16G4F). As células tumorais em cultura ou os tumores em camundongos C57BL6 foram irradiados com luz em 635 nm e os tumores foram observados por 15 dias após o tratamento. Houve evidente aumento na geração de oxigênio singlete por ambos fotossensibilizadores, e maior geração de radicais livres por parte do fotossensibilizador metilglucaminado. O oposto ocorre com o fotossensibilizador sem metilglucamina. Houve, também, moderada citotoxicidade no escuro quando células foram incubadas com nanopartículas recobertas por ftalocianinas ou não. Quando ativados pela luz, os complexos ftalocianinas-nanobastões desencadearam um aumento de 5ºC no meio de cultura das células, e a morte celular observada foi extensa (91% para a linhagem B16G4F e 95% para a linhagem B16F10). Tanto os resultados in vitro quanto os in vivo indicam que as propriedades das ftalocianinas testadas são melhoradas significativamente quando elas estão complexadas aos nanobastões. Este é um estudo pioneiro por utilizar duas porfirinas tetrassulfonadas específicas e por utilizar o mesmo comprimento de onda para a ativação dos fotossensibilizadores e nanobastões.

Spin dynamics of current-driven single magnetic adatoms and molecules

A scanning tunneling microscope can probe the inelastic spin excitations of a single magnetic atom in a surface via spin-flip assisted tunneling in which transport electrons exchange spin and energy with the atomic spin. If the inelastic transport time, defined as the average time elapsed between two inelastic spin flip events, is shorter than the atom spin-relaxation time, the scanning tunnel microscope (STM) current can drive the spin out of equilibrium. Here we model this process using rate equations and a model Hamiltonian that describes successfully spin-flip-assisted tunneling experiments, including a single Mn atom, a Mn dimer, and Fe Phthalocyanine molecules. When the STM current is not spin polarized, the nonequilibrium spin dynamics of the magnetic atom results in nonmonotonic dI/dV curves. In the case of spin-polarized STM current, the spin orientation of the magnetic atom can be controlled parallel or antiparallel to the magnetic moment of the tip. Thus, spin-polarized STM tips can be used both to probe and to control the magnetic moment of a single atom.

Support effects in a Rh diamine complex heterogenized on carbon materials

The Rh diamine complex [Rh(COD)NH2(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3] BF4 was heterogenized by covalent bonding on two carbon xerogels and on carbon nanofibers, with the objective of preparing hydrogenation hybrid catalysts. Gas adsorption, SEM, TEM, DTP, ICP-OES and XPS were used for characterization. The results indicate that the active molecule is mainly located in supermicropores and produces microporosity blockage. The hybrid catalysts are more active than the homogeneous complex, but the Rh complex is partially reduced upon reaction. This modification is related to the nature of the support, which also shows effects in the stabilization against sintering of the Rh particles formed. The support porosity is a key factor in the selectivity differences between the catalysts.