一种新型光敏化合物抗肿瘤活性的初步研究

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  【中图分类号】R979.9 【文献标识码】A 【文章编号】1550-1868(2015)03
  【摘要】本文对一种二氢卟吩衍生物(DPX)作为光动力抗肿瘤药物进行了初步研究。在体外,DPX能有效的抑制人脑胶质瘤U87的生长。在体内,接受DPX-TM光动力治疗的肿瘤生长速度明显减慢,肿瘤体积显著变小。研究表明二氢卟吩衍生物(DPX)用于PDT能有效的抑制肿瘤, 有成为新型光动力抗肿瘤药物的潜能。
  【关键词】光动力治疗;光敏剂;二氢卟吩衍生物;抗肿瘤
  肿瘤是严重威胁人类生命的常见病、多发病。在癌症治疗的众多方法中,光动力治疗( Photodynamic Therapy, PDT)是一种治疗恶性肿瘤的新方法[1]。自问世至今的几十年来, PDT在癌症的临床治疗中已取得了令人瞩目的成就,以其有效、安全、副作用小、可协同性、可重复性和相对低成本等优点脱颖而出,并且在肿瘤的治疗中显示出很强的生命力,为中晚期、特别是无法(或拒绝)采用传统方法治疗的癌症患者提供了一个机会,增加了一种治疗手段[2]。
  PDT的原理是光敏剂被靶细胞吸收后,在一定波长激光照射下,从基态(S0)跃迁到激发态(S1),通过系间串跃进一步跃迁到三线态激发态(T1),处于三线态的光敏剂与周围分子发生反应(主要有type I型和type II型),产生高氧化活性的自由基(如单线态氧),杀伤靶细胞;并破坏照射区域血管,阻断靶细胞营养和氧供给;同时激发机体免疫调节,导致肿瘤坏死[3]。
  光敏剂是光动力治疗肿瘤的关键之一,长久以来,为了适应光动力治疗的需要,人们研制了多种光敏剂用于PDT治疗[4]。在此,我们对一种二氢卟吩衍生物(DPX)作为光动力抗肿瘤药物进行了初步研究。
  1实验材料
  1.1试剂 DPX由本实验室自主合成。实验中所用试剂均购自国药集团化学试剂有限公司,且未做任何预处理。细胞培养所用材料均购自上海元象生物科技有限公司。
  1.2实验细胞 人脑胶质瘤U87细胞,购自中国科学院上海细胞库。
  1.3实验动物 BABL/c 裸鼠,5~ 6 周龄, 体重 10~12 g ,18只,SPF 级, 购自中国科学院实验动物中心。
  2方法与结果
  2.1紫外吸收光谱和荧光光谱的测定 化合物DPX用二甲基亚砜(DMSO)配制成浓度为5 μM的溶液,然后用紫外分光光度计和荧光光譜仪测定紫外吸收光谱和荧光光谱。DPX在420 nm和653nm处有极强的紫外吸收, 在527 nm, 552 nm, 600nm处也有较弱的紫外吸收;以波长为653 nm的激光激发DPX时,在656 nm处能检测到极强的荧光信号,说明该化合物可用于荧光诊断,且检测波长为656 nm.
  2.2单线态氧生成速率的测定 使用N,N-二甲基酰胺(DMF)溶液配置成终浓度为20μM DPBF和0.5 μM DPX的工作液,利用UV-Vis测定化合物的扫描波谱。将工作液加入石英管中,调节激光强度5 mW/cm2照射溶液(λ=650 nm),每隔10秒测定紫外图谱,记录在410 nm处紫外吸收度值[5。单线态氧生成速率根据公式(1)进行计算得出。
  In[DPBF]t/[DPBF]0=-kt (1)
  其中[DPBF]0为起始吸光强度,[DPBF]t为某一时刻的吸光强度;t为时间;k为DPBF消耗的速率常数,即单线态氧生成速率。
  溶液在 410 nm处紫外吸收度值随着光照时间的增加而减少,说明有单线态氧的产生,单线态氧的生成速率为0.0299.
  3. 噻唑蓝(MTT)检测体外DPX抗肿瘤活性 U87细胞以5×104的密度接种于96孔培养板中,待细胞铺满70- 80 % 96孔板,加入含有不同浓度(0μM、2μM、4μM、6μM、8μM)DPX的细胞培养液,继续避光孵育24h;吸除上清含药培养液,加入新鲜的培养液,实验组采用635nm的激光进行照射,光剂量分别为1.2 J/cm2、2.4 J/cm2、3.6 J/cm2。对照组作为暗毒性实验,不进行照光;照光后继续培养4h。吸除培养液,每孔加入10% MTT溶液(5mg/ml)的含FBS的培养液200μl,继续于37℃,5%CO2孵箱中培养4 h。终止培养,小心吸取孔内培养的上清液,每孔加入DMSO 150μl,室温下将培养板置于振荡器上振荡10 min,使甲臜充分溶解。选择570 nm波长,使用酶标仪测定各孔光吸收值(OD value)。
  结果如图1,在孵育过后不给予光照,DPX具有很低的毒性;然而给予光照后,DPX的毒性增加,且随着药物浓度的增加/光剂量的增加,细胞存活率减少。
  图1 U87细胞的存活率曲线图
  4. DPX体内抗肿瘤活性的评价 取对数生长期U87细胞,0.25%胰酶含0.02% EDTA消化制成细胞悬液,并计数,调成细胞浓度1×107/ml,取0.2 ml接种于昆明小鼠右后腿部皮下。待肿瘤长到直径为5-7mm时,随机分为对照组和PDT组。PDT组,DPX以5 mg/kg的剂量,采用尾静脉注射,再以波长650 nm的He-Ne激光照射肿瘤局部;对照组给予同样体积的生理盐水,再照射肿瘤局部。光照后,每隔一天用电子游标卡尺测量结节长度(a),宽度(b),求出近似瘤体积(V)=a×b2×1/2。
  激光照射后肿瘤表面可见充血、发红。其中接受DPX-PDT 治疗的小鼠, 瘤体表面出现局部坏死,2~3 d 后肿瘤组织坏死,溃烂,结痂;14d左右,结痂出现脱落。DPX-PDT治疗组肿瘤体积与对照组相比明显减小(图2),差异有显著性意义.
  图2 肿瘤生长曲线
  5. 统计学分析:所有数据均进行单因素方差分析,组间比较采用 t 检验, P <0.05 有显著意义。   討论
  光动力疗法是继手术、放疗和化疗之后的又一种肿瘤治疗新技术。其治疗基础为先给与对肿瘤组织有选择性摄入作用的光敏剂,然后用一定波长的光照辐照瘤区,有光敏剂诱发光动力效应,导致肿瘤组织坏死而显示治疗作用的[6]。
  在体外,DPX对于U87细胞具有极低的暗毒性,但是光照过后,不同浓度的DPX对于U87细胞均有不同抑制生长的作用,且有浓度/光剂量-效应关系。
  在荷U87肿瘤裸小鼠体内,DPX-PDT组,光照后肿瘤组织坏死,溃烂,结痂,肿瘤体积与对照组相比明显减小。
  以上实验结果提示了DPX有望成为新型光动力抗肿瘤药物,值得进一步研究。
  基金项目:国家自然科学基金(21372042, 21402236, 81101298, 81301878), 上海市科委基金(14431906200, 14140903500, 13431900700, 13430722300, 13ZR1441000, 13ZR1440900, 14ZR1439800, 14ZR1439900, 15ZR1439900, 15XD1523400, 14SJGGYY08, 201370),中国国际合作基金(6-11), 义乌市科技局基金 (2012-G3-02, 2013-G3-03) .
  参考文献
  [1]Ackroyd, R., et al., The history of photodetection and photodynamic therapy. Photochem Photobiol, 2001. 74(5): p. 656-69.
  [2]Brundish, D.E. and W.G. Love, Photodynamic therapy comes of age. IDrugs, 2000. 3(12): p. 1487-508.
  [3]Zhang, L.J., et al., Photosensitizing effectiveness of a novel chlorin-based photosensitizer for photodynamic therapy in vitro and in vivo. J Cancer Res Clin Oncol, 2014. 140(9): p. 1527-36.
  [4]Chen, Y.H., G.L. Li, and R.K. Pandey, Synthesis of bacteriochlorins and their potential utility in photodynamic therapy (PDT). Current Organic Chemistry, 2004. 8(12): p. 1105-1134.
  [5]Ashen-Garry, D. and M. Selke, Singlet oxygen generation by cyclometalated complexes and applications. Photochem Photobiol, 2014. 90(2): p. 257-74.
  [6]Dima, V.F., et al., Photodynamic therapy and some clinical applications in oncology. Roum Arch Microbiol Immunol, 2002. 61(3): p. 159-205.
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