Two-photon photosensitization of cells in vitro

• Autorzy: Burkans M. , Beck T. , Gerasimcik N. , Krivickiene Z. , Bagdonas S. , Baumgartner R. , Rotomskis R.

Warianty tytułu

PL

Dwufotonowa fotosensibilizacja komórek in vitro

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Two-photon photosensitization studies were performed on monolayers of rat glial tumour cells – line C6. The cells were incubated with 5-ALA four to five hours before the PDT treatment to produce intracellular PpIX. To induce the two-photon sensitization the monolayers of cells were treated using Ti:Sapphire laser emitting 130 fs light pulses at 800 nm. The specimens were irradiated for 20 min with a cone-shaped light beam. The cell viability after the irradiation was tested by means of ethidium bromide and acridine orange staining using fluorescence microscopy. The measurements of the two-photon induced fluorescence intensity distribution in solutions of sensitizers along a coneshaped beam allowed distinguishing the three zones of irradiation intensity. Absence of the fluorescence in the first zone showed that the fluence rate was not enough high for initiation of the two-photon absorption process. The rising intensity of the fluorescence marked the beginning of the second zone, where sensitizers are excited via two-photon absorption. Formation of solvent vapour bubbles observed in the third zone demonstrated the efficient heating close to the focal point. The irradiation of the monolayers of sensitized cells located in the first zone induced no photosensitization effect. The photodamage was observed in the second zone, while the cells of the control group still got no damage here. Finally, both groups of cells placed in the third zone closest to the focal point of the beam were damaged during the exposure. Thus, the irradiation conditions were defined, where two-photon induced photosensitization effect has been realized avoiding the heat-induced cellular damage.

PL

Przeprowadzono badania wpływu fotosensibilizacji na warstwy powierzchniowych glejowych komórek nowotworowych szczura – linii C6. W celu wytworzenia wewnątrzkomórkowego PpIX, komórki poddano inkubacji wraz z 5-ALA na cztery do pięciu godzin przed terapią PDT. W procesie fotouczulenia zewnętrznych komórek użyto lasera Ti:Sapphire, emitującego światło pulsacyjne 130 fs o długości fali 800nm. Czas naświetlania próbek wynosił 20 minut. Żywotność komórek po naświetlaniu testowano poprzez ocenę fluorescencji bromku etydyny oraz barwienia akrydyny. W badaniach stosowano mikroskopię fluorescencyjną. Pomiary intensywności dystrybucji dwufotonowo wzbudzonej fluorescencji w roztworach fotouczulaczy pozwalają na rozpoznanie trzech stref natężenia promieniowania. Brak zjawiska fluorescencji w pierwszej strefie oznacza zbyt niską wartość współczynnika fluorescencji, niewystarczającą do zainicjowania procesu dwufotonowej absorpcji. Wzrost intensywności fluorescencji oznacza początek strefy drugiej, w której fotouczulacze są wzbudzone poprzez absorpcję dwufotonową. Formowanie się parowych pęcherzyków na powierzchni solwentu, w trzeciej strefie, obrazuje wydajne nagrzewanie bliskie ognisku wiązki światła. Napromienienie uczulonych komórek zlokalizowanych w strefie pierwszej wywołało efekt fotosensibilizacji. W strefie drugiej zaobserwowano efekt fotodestrukcji, podczas gdy komórki grupy kontrolnej nie uległy uszkodzeniu. Ostatecznie, obie grupy komórek umiejscowionych w strefie trzeciej, najbliższe ognisku wiązki światła, zostały zniszczone podczas naświetlania. W ten sposób zdefiniowano warunki napromieniania (naświetlania), podczas którego zrealizowano dwufotonowo wzbudzoną fotosensibilizację, unikając jednocześnie destrukcji komórek.

Słowa kluczowe

EN

two-photon photosensitization; fluorescence; tumor cells

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 12, nr 1
• Strony: 53--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Burkans M.

autor

Beck T.

autor

Gerasimcik N.

autor

Krivickiene Z.

autor

Bagdonas S.

autor

Baumgartner R.

autor

Rotomskis R.

• Vilnius University Laser Research Center, Vilnius University, Sauletekio 9, c.3 Vilnius, Lithuania

Bibliografia

• 1. B.R. Masters, P.T. So, E. Gratton: Multiphoton excitation fluorescence microscopy and spectroscopy of in vivo human skin, Biophys. J. 72, 1997, p. 2405-2412.
• 2. M. Drobizhev, A. Karotki, M. Kruk, N. Z. Mamardashvili, A. Rebane: Drastic enhancement of two-photon absorption in porphyrins associated with symmetrical electron-accepting substitution, Chem. Phys. Lett. 361 (5-6), 2002, p. 504-512.
• 3. J. D. Bhawalkar, N.D. Kumar, C.F. Zhao, P.N. Prasad: Two-photon photodynamic therapy, J.Clin. Laser Med. Surg. 15(5), 1997, p. 201-204.
• 4. K. Koenig: Multiphoton microscopy in life sciences, J. Microscopy, Oxford 200, 2000, p. 83-104.
• 5. W.G. Fisher, W.P. Partridge, C. Dees, E.A. Wachter: Simultaneous two-photon activation of type-I photodynamic therapy agents, Photochem. Photobiol. 66(2), 1997, p. 141-155.
• 6. R.L. Goyan, D.T. Cramb: Near-infrared two-photon excitation of protoporphyrin IX: Photodynamics and photoproduct generation, Photochem. Photobiol. 72(6), 2000, p. 821-827.
• 7. P.K. Frederiksen, M. Jorgensen, P.R. Ogilby: Two-photon photosensitized production of singlet oxygen, J. Am. Chem. Soc. 123, 2001, p. 1215-1221.
• 8. P.S. Dittrich, P. Schwille: Photobleaching and stabilization of fluorophores used for single-molecule analysis with one- and two-photon excitation, Applied Physics B: Lasers and Optics 73(8), 2001, p. 829-837.
• 9. S.J. Madsen, C.H. Sun, B.J. Tromberg, V.P. Wallace, H. Hlrschberg: Photodynamic therapy of human glioma spheroids using 5- aminolevulinic acid, Photochem. Photobiol. 72(1), 2000, p. 128-134.
• 10. K. Koenig, I. Riemann, P. Fischer: Photodynamic therapy by nonresonant two-photon excitation, Proc. SPIE 3592 (1999) p. 43-49.
• 11. J. Liu, Y.W. Zhao, J.Q. Zhao, A.D. Xia, L. J. Jiang, S.Wu, L. Ma, Y.Q. Dong: Two-photon excitation studies of hypocrellins for photodynamic therapy, J. Photochem. Photobiol. B-Biol. 68(2-3), 2002 p. 156-164.
• 12. K. Koenig, T.W. Becker, P. Fischer, I. Riemann, K.J. Halbhuber: Pulse-length dependence of cellular response to intense near-infrared laser pulses in multiphoton microscopes, Opt. Lett. 24, 1999, p. 113-115.
• 13. K.S. Samkoe, D.T. Cramb: Application of an ex ovo chicken chorioallantoic membrane model for two-photon excitation photodynamic therapy of age-related macular degeneration, J. Biomed. Optics. 8(3), 2003, p. 410-417.
• 14. W. Stummer, S. Stocker, A. Novotny, A. Heimann, O. Sauer, O. Kempski, N. Plesnila, J. Wietzorrek, H.J. Reulen: In vitro and in vivo porphyrin accumulation by c6 glioma cells after exposure to 5- aminolevulinic acid, J Photochem. Photobiol. B 45(2-3), 1998, p. 160-169.