В работе продемонстрирована возможность мониторинга ответа опухолевых клеток на фотодинамическое воздействие с помощью фотосенсибилизатора порфиразиновой природы со свойствами вязкостного сенсора. Исследование выполнено с использованием тетрапиррольного красителя - тетра(4-бензилоксифенил)тетрацианопорфиразина. Показано, что порфиразин эффективно поглощает и флуоресцирует в области «окна прозрачности» биологических тканей и демонстрирует свойства флуоресцентного молекулярного ротора, проявляя высокую чувствительность параметров флуоресценции к изменениям вязкости среды. Установлено, что основными местами внутриклеточной локализации порфиразина являются околоядерная область клетки и ядерная оболочка или непосредственно примыкающие к ней структуры. Продемонстрирована высокая фотодинамическая активность порфиразина в отношении клеток эпидермоидной карциномы кожи человека. В экспериментах in vitro зарегистрировано увеличение времени жизни возбужденного состояния порфиразина в клетках после фотодинамического воздействия, свидетельствующее об увеличении локальной внутриклеточной вязкости и начавшихся необратимых дегенеративных процессах, влекущих за собой гибель опухолевых клеток.
порфиразин, фотосенсибилизатор, фотодинамическая терапия, флуоресцентный молекулярный ротор, внутриклеточная вязкость
1. Ужинов Б.М., Иванов В.Л., Мельников М.Я. Молекулярные роторы - люминесцентные сенсоры локальной вязкости и вязкого течения в растворах и биологических системах. Успехи химии, 2011. т. 80, № 12, с. 1231-1243. [Uzhinov B.M., Ivanov V.L., Melnikov M.Ya. Molecular rotors as luminescence sensors of local viscosity and viscous flow in solutions and organized systems. RUSS CHEM REV, 2011, vol. 80, no. 12, pp.1179-1190. (In Russ.)]
2. Шилягина Н.Ю., Плеханов В.И., Шкунов И.В. Светодиодный излучатель для исследования in vitro световой активности препаратов для фотодинамической терапии. Современные технологии в медицине, 2014, т. 6, № 2, с. 15-24. [Shilyagina N.Y., Plekhanov, V.I., Shkunov I.V., Shilyagin P.A., Dubasova L.V., Brilkina A.A., Sokolova E.A., Turchin I.V., Balalaeva I.V. Sovremennye Tehnologii v Medicine, 2014, vol. 6, no. 2, pp. 15-22. (In Russ.)]
3. DeRosa M.C., Crutchley R.J. Photosensitized singlet oxygen and its applications. Coordination Chemistry Reviews, 2002, vol. 233, pp. 351-371.
4. Förster T., Hoffmann G. Die Viskositatsäbhängigkeit der Fluoreszenzquantenausbeuten einiger Farbstoffsysteme. Z Phys Chem, 1971, vol. 75, p. 6376.
5. Haidekker M., Brady T., Wen K., Okada C., Stevens H., Snell J., Frangos J., Theodorakis E. Effects of solvent polarity and solvent viscosity on the fluorescent properties of molecular rotors and related probes. Bioorganic Chemistry, 2005, vol. 33, no. 6, pp. 415-425.
6. Hamblin M.R., Mroz P. History of PDT: The first hundred years. In: Advances in Photodynamic Therapy: Basic, Translational and Clinical. Norwood, MA: Artech House, Inc, 2008.
7. Izquierdo M. Angeles, Vyšniauskas Aurimas, Lermontova S.A., Grigoryev I.S., Shilyagina N.Y., Balalaeva I.V., Klapshina L.G., Kuimova M.K. Dual use of porphyrazines as sensitizers and viscosity markers during photodynamic therapy. Journal of Materials Chemistry B, 2015, no. 3, pp.1089-1096.
8. Klapshina L.G., Douglas W.E., Grigoryev I.S., Ladilina E.Yu, Shirmanova М.V., Mysyagin S.A., Balalaeva I.V., Zagaynova E.V. Novel PEG-organized biocompatible fluorescent nanoparticles doped with an ytterbium cyanoporphyrazine complex for biophotonic applications. Chem. Commun., 2010, no. 44, pp. 8398-8400.
9. Krasnovskii A.A. Photodynamic activity and singlet oxygen. Biofizika, 2004, vol. 49, no. 2, pp. 305-21.
10. Kuimova M.K., Botchway S.W., Parker A.W., Balaz M., Collins H.A., Anderson H.L., Suhling K., Ogilby P.R. Imaging intracellular viscosity of a single cell during photoinduced cell death. Nat Chem, 2009, vol. 1, pp. 69-73.
11. Kuimova M.K. Mapping viscosity in cells using molecular rotors. Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, vol. 14, no. 37, pp. 12671-12686.
12. Lermontova S., Grigorev I. , Shilyagina N., Peskova N., Balalaeva I., Shirmanova M., Klapshina L. New Porphyrazine Macrocycles with High Viscosity-Sensitive Fluorescence Parameters. Russian Journal of General Chemistry, 2016, vol. 86, no. 6, pp. 1011-1018.
13. Lermontova S.A., Grigor’ev I.S., Ladilina E.Y., Balalaeva I.V., Shilyagina N.Y., Klapshina L.G. Porphyrazine Structures with Electron-Withdrawing Substituents as the Base for Materials for Photonics and Biomedicine. Russian Journal of Coordination Chemistry, 2018, vol. 44, no. 4, pp. 301-315.
14. Makarov D.A., Yuzhakova O.A., Slivka L.K., Kuznetsova N.A., Negrimovsky V.M., Kaliya O.L., Lukyanets E.A. Cationic Zn and Al phthalocyanines: synthesis, spectroscopy and photosensitizing properties. Journal of Porhyrins and Phthalocyanines, 2007, vol. 11, no. 8, pp. 586-595.
15. Shilyagina N.Yu., Peskova NN, Lermontova SA, Brilkina AA, Vodeneev VA, Yakimansky AV, Klapshina LG, Balalaeva IV. Effective delivery of porphyrazine photosensitizers to cancer cells by polymer brush nanocontainers. Journal of Biophotonics, 2017, vol. 10, no. 9, pp. 1189-1197.
16. Yoon H., Dakanali M., Lichlyter D., Chang W., Nguyen K,.Nipper M., Haidekker M., Theodorakis E. Synthesis and evaluation of self-calibrating ratiometric viscosity sensors. Org. Biomol. Chem., 2011, vol. 9, no. 9, pp. 3530-3540.
