Galacto-silicon phthalocyanines for bladder cancer treatment

Abstract

A terapia fotodinâmica (PhotodynamicTherapy, PDT) é uma metodologia emergente no tratamento de diversas doenças oncológicas e tem por base o uso de oxigénio molecular, luz e um fotossensibilizador (FS) para seletivamente destruir as células tumorais. Em oncologia, a PDT leva à indução de espécies reativas de oxigénio (reactive oxygen species, ROS) no tecido tumoral, no qual ocorreu previamente o uptake preferencial e/ou a retenção de um FS. As ftalocianinas têm-se vindo a revelar FSs promissores na PDT devido às suas propriedades foto-físicas. Contudo, estes compostos para além de pouco solúveis em água, têm problemas de agregação e de especificidade para os tecidos tumorais. Assim, o trabalho apresentado nesta tese teve como objetivo principal conjugar co-axialmente ftalocianinas de silício (silicon phthalocyanines, SiPcs) com duas moléculas de galactose (SiPcGal2) e com duas unidades dendríticas de galactose (SiPcGal4) para que estes FSs fossem reconhecidos por galectinas (e.g. galectina-1) sobrexpressas em células tumorais. Contudo, os compostos desejados finais não foram obtidos, uma vez que a remoção dos grupos isopropilideno, protetores dos grupos hidroxilo das unidades de galactose, não foi conseguida. Assim, foram avaliadas as propriedades foto-físicas e foto-químicas das SiPcs com as galactoses protegidas, comparando com a SiPc dihidróxido (SiPc(OH)2), de forma a estudar a influência da conjugação co-axial de biomoléculas no core destes tipo de FSs. Infelizmente, a solubilidade das SiPcs em solventes aquosos não foi conseguida, contudo o seu espectro de absorção UV-visível evidenciou elevada absorção a altos comprimentos de onda (650-700 nm), janela espectrofotométrica onde ocorre uma penetração mais profunda da luz nos tecidos. Para além disso, estes FSs demonstraram-se excelentes marcadores fluorescentes, estáveis após irradiação e bons geradores de 1O2. Foram ainda realizados estudos in vitro com o objetivo de validar o seu potencial fotodinâmico no tratamento do cancro da bexiga, sendo que a SiPcGal4 e a SiPcGal2 agregaram nas células, tendo assim um baixo uptake, baixa toxicidade após foto-ativação e baixa produção de ROS. No geral, as SiPcs demonstraram um grande potencial como futuros FSs para a PDT, dado as suas excelentes propriedades foto-físicas, o que nos incentiva na descoberta de novas técnicas que diminuam a sua agregação nas células, como a utilização de bio-formulações estáveis e a desproteção das moléculas de galactose, que também irá aumentar a sua especificidade para células tumorais.

Photodynamic Therapy (PDT) relies on the combination of a photosensitizer (PS), light and molecular oxygen (O2) to generate reactive oxygen species (ROS), which can trigger cell death pathways. In oncology, the PS needs to be preferentially accumulated in cancer cells and a good generator of ROS (especially singlet oxygen, 1O2). Phthalocyanines (Pcs) are promising PSs in PDT due to their photochemical and photophysical properties. However, Pcs present solubility and aggregation problems, as well as low selectivity to the cancer tissue. Therefore, it will be conjugated a silicon phthalocyanine (SiPc) with two galactose molecules (SiPcGal2) and another with two galacto-dendritic units (SiPcGal4), both in axial positions. The aim of that conjugation is to promote the binding of the PS with galactose-binding proteins such as galectins (e.g. galectin-1) which are found to be overexpressed in cancer cells. Nevertheless, the desired compound were not obtained, once the hydrolysis of the isopropylidene galactose-protective groups didn’t work. Thereby, the photophysical and photochemical properties of those two SiPcs with the galactose-protective groups were studied in comparison with the SiPc dihydroxide (SiPc(OH)2), in order to study the SiPc core properties as well as the influence of an axial conjugation of biomolecules. The PSs solubility was compromised in an aqueous solution, however their absorption UV-Visible spectra showed high absorption peaks at a high wavelengths range (650–700 nm), which is the ideal therapeutical window where there is a higher penetration of light into the tissues. Furthermore, these SiPcs demonstrated to be good fluorescence labels, photostable and good 1O2 generators. In vitro studies were performed with the aim of validating them as photodynamic therapeutic agents against bladder cancer cells, however SiPcGal4 and SiPcGal2 aggregated on cells, having a low uptake, phototoxicity and ROS production. Overall, SiPcs have demonstrated a great potential as future PSs for PDT, thanks to their excellent photophysical properties, which prompt us in the discovery of different approaches that diminished their aggregation on cells, such as the incorporation of PSs into bio-stable formulations and the deprotection of the galactose molecules, which will also increase their specificity to tumoral cells.