Photodynamic action and photobleaching of meta-tetrahydroxyphenylchlorin (mTHPC) : Prooxidant modulation by phenolic antioxidants

par Vladislava Melnikova

Thèse de doctorat en Génie Biologique et Médical

Sous la direction de François Guillemin et de Alexander Potapenko.

Soutenue en 1999

à l'Université de Nancy 1 .

  • Titre traduit

    Activité photodynamique et photo blanchiment de la méta-tétrahydroxyphénylchlorine (mTHPC). Modulation prooxydante par des antioxydants phénoliques


  • Résumé

    Photodynamic therapy (PDT) is a rapidly growing modality for the treatment of light-accessible tumors. PDT is based on administration of tumor-localizing photosensitizers, producing toxic radicals (Type 1) or singlet oxygen (Type il reaction mechanism) on illumination. Studies on the mechanism of action and photodegradation of a second-generation photosensitizer meta-tetrahydroxyphenyIchlorin (mTHPC) were conducted and used to modulate its efficacy. Spectroscopic monitoring of mTHPC photodegradation revealed preferential photobleaching of its fluorescent forms. Elimination of mTHPC fluorescent fractions by preirradiation resulted in a negligible loss of photocytotoxic activity. This suggests that aggregated mTHPC fractions may contribute to ceIl damage. Examination of in vitro mechanism of mTHPC-photosensitized cell killing revealed that this process depends entirely on the presence of molecular oxygen. Using scavengers of reactive oxygen species, we have found that mTHPC photosensitizes cell killing predominantly by Type II, singlet oxygen-mediated photodynamic reactions. Reactions ofphotoperoxidation play only a minor role in mTHPC photocytotoxicity. Cultured HT29 human colon adenocarcinoma cells effectively incorporated antioxidant a-tocopherol, whereas NIRC-5 normal human fibroblasts did not. A-Tocopherol and its water-soluble analogue Trolox enhanced photosensitized by mTHPC damage to tumor, but not to normal cells. In vivo administration of Trolox (250 mg/kg b. W. ) 1. 5 hour befere irradiation enhanced PDT with mTHPC in human tumour xenografts. This effect required Trolox presence on the photochemical stage. Laser flash photolysis experiments demonstrated that Trolox acted as an efficient quencher of triplet mTHPC forming mTHPC anion radicals. Kinetic considerations suggest that Trolox mediated radical pathway can work in relay with singlet oxygen one in hypoxic conditions. Our studies show that photodynamic treatment is a subject for photochemical modulation by antioxidants.


  • Résumé

    La thérapie photodynamique (PDT) est une modalité d'intérêt croissant de traitement des tumeurs accessibles à la lumière. Elle est basée sur l'administration d'un photosensibilisant qui se localise dans les tumeurs et génère des radicaux libres toxiques (réaction photochimique de type 1) ou de l'oxygène singulet (type II) suite à une irradiation lumineuse. Des études du mécanisme d'action et de photodégradation d'un photosensibilisant de deuxième génération, la méta-tétrahydroxyphényIchlorine (mTHPC) ont été conduites afin d'améliorer son efficacité. Le suivi spectroscopique de la photodégradation de la mTHPC a révélé un photoblanchiment préférentiel de ses formes fluorescentes. L'élimination des fractions fluorescentes par préirradiation n'a induit qu'une perte négligeable de l'activité phototoxique, suggérant que les fractions agrégées de la mTHPC contribuent aux dommages cellulaires. L'examen in vitro des mécanismes photodynamiques de destruction cellulaire avec la mTHPC a révélé que ce processus dépend de la présence d'oxygène moléculaire. L'utilisation de piégeurs des espèces réactives de l'oxygène a révélé que la photosensibilisation par la mTHPC est essentiellement due à la production d'oxygène singulet. Les réactions de photoperoxydation jouent un rôle mineur dans la photocytotoxicité induite par la mTHPC. Les cellules d'adénocarcinome de colon humain HT29 incorporent efficacement l'antioxydant a-tocophérol in vitro, contrairement aux fibroblastes normaux humains MRC-5. L'a-tocophérol et son analogue hydrosoluble, le Trolox, augmentent les dommages induits par la mTHPC sur les cellules tumorales, mais pas sur les cellules normales. L'administration de Trolox in vivo (250 mg/kg) 1 heure 30 avant l'irradiation augmente l'effet de la PDT avec la mTHPC sur les xénogreffes de tumeurs humaines. Cet effet nécessite la présence de Trolox durant la phase photochimique. Des expériences de photolyse par éclair laser ont montré que le Trolox réagit avec la mTHPC à l'état triplet, en formant un anion radical de la mTHPC. Des analyses cinétiques ont suggéré que la voie radicalaire favorisée par le Trolox peut agir en relais avec la voie de l'oxygène singulet en cas de conditions hypoxiques. Ces études montrent que la PDT est sujette à une modulation photochimique par les antioxydants.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (154 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury

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