Oxygen depletion during illumination of photosensitizers in aqueous solutions

• Autorzy: Valaneiunaite, J. , Zerebcova, J. , Streckyte, G. , Bagdonas, S. , Rotomskis, R.

Warianty tytułu

PL

Ubytek tlenu podczas naświetlania roztworów wodnych fotouczulaczy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background: Most of the photosensitizers used in the photodynamic therapy are degraded during light illumination. This process is accompanied by depletion of oxygen. Objectives: The spectroscopic studies on photobleaching and oxygen Consumption of three hydrophilic second-generation photosensitizers were performed. Material and Methods: Aluminium phthalocyanine tetrasulphonate (AlPcS4), mesotetra(sulphonatophenyl)porphine (TPPS4) and chlorin e6 (Ce6) were examined in pure aqueous solutions and in the presence of bovine serum albumin (BSA). A singlet oxygen quencher: sodium azide (NaNs) was used for comparative purposes. Results: Under laser irradiation of pure solutions, no photobleaching was noticed for TPPS4 and it was negligible for AlPcS4. It was stated that Ce6 photodegraded most rapidly from all of three sensitizers. During irradiation, no oxygen consumption was recorded for AlPc-S4 and TPPS4 except for solutions of Ce6 (6,7x10"M). The interaction with BSA significantly increased the rate of light induced oxygen consumption in all solutions. Measurements have revealed very similar oxygen consumption efficiency for TPPS4 and Ce6. The normalized consumption rate was three times lower for AlPcS4. In the presence of BSA the photobleaching rate for AlPcS4 was three times higher while that for Ce6 was one and a half time higher than the rates of photobleaching obtained in pure solutions. Conclusions: Light induced oxygen consumption in the aqueous solutions of photosensitizers can be affected depending on their distinctive structural features, combined action of internal and external factors, such as concentration and presence of suitable substrate. Increased oxygen consumption in the presence of BSA can be attributed to a non-specific phenomenon typical for all studied sensitizers - generated singlet oxygen is consumed for the substrate oxidation. The type I photosensitization mechanism seemed to be predominant in the photobleaching of AlPcS4 observed in complex solutions.

PL

Podstawy: Większość substancji fotouczulających wykorzystywanych w terapii fotodynamicznej podlega fotodegradacji, rozkładowi pod wpływem naświetlania. Procesowi temu towarzyszy zjawisko ubytku tlenu z powierzchni naświetlanej. Cele: Przedstawiono badania spektroskopowe dotyczące zjawiska fotowybielania oraz zużycia tlenu trzech hydrofilowych substancji fotouczulających drugiej generacji. Materiał i metody: Badano ftalocyjaninę (ALPcS4), me-so-tetra (sulfonatofenylo)-porfirynę (TPPS4) oraz chloryn e6 (Ce6). Testy przeprowadzono w czystych roztworach wodnych domieszkowanych albuminą surowicy bydlęcej (BSA). W badaniach porównawczych wykorzystano wygaszacz tlenu singletowego: azydek sodu. Wyniki: Ekspozycja na światło laserowe nie wywołała efektu fotowybielania w przypadku TPPS4, byl on też nieznaczny w przypadku ALPcS4. Gwałtowną fotodestrukcję zaobserwowano w przypadku chlorynu e6. Podczas naświetlania, poza roztworem chlorynu e6 (6,7x10 'M), nie zaobserwowano zużycia tlenu. We wszystkich roztworach domieszkowanych BSA ekspozycja na światło znacząco podwyższyła współczynnik zużycia tlenu. Wyniki badań wykazały bardzo podobny poziom wydajności zużycia tlenu dla TPPS4 oraz Ce6. Jednakże w przypadku ALPcS4, znormalizowany współczynnik wydajności zużycia gazu wykazywał trzykrotnie niższą wartość. Współczynnik fotowybielania ALPcS4, w obecności BSA, był trzykrotnie wyższy, natomiast Ce6 półtora razy wyższy, w stosunku do wartości otrzymanych w roztworach niedomieszkowanych. Wnioski: Zużycie tlenu, będące wynikiem ekspozycji na światło, mierzone w roztworach wodnych fotouczulaczy, jest zależne od strukturalnych cech badanych fotosensybilizatorów, połączonego oddziaływania wewnętrznych oraz zewnętrznych czynników, takich jak koncentracja roztworu, obecność odpowiedniego substratu, podłoża. Podwyższone zużycie tlenu w obecności BSA może być przypisane nieswoistemu zjawisku typowemu dla wszystkich badanych fotouczulaczy - wytwarzany tlen jest zużywany w procesie utleniania substratu. Mechanizm fotouczulania typu I wydaje się przeważający w procesie fotodestrukcji ALPcS4, zaobserwowanej w roztworach złożonych.

Słowa kluczowe

PL

terapia fotodynamiczna; ubytek tlenu

EN

photodynamic therapy; oxygen depletion

• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 12, nr 4
• Strony: 281-286
• Opis fizyczny: bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Valaneiunaite, J.

autor

Zerebcova, J.

autor

Streckyte, G.

autor

Bagdonas, S.

autor

Rotomskis, R.

• Vilnius University Laser Research Center, Sauletekio 9, c.3, 10222, Vilnius, Litwa,

Bibliografia

• 1.H. Van den Bergh: Light and porphyrins in cancer therapy. Chem Br 1986, 22, p. 430-439.
• 2.M.A.J. Rodgers: Activated oxygen. In: Bensasson RV, Jori G, Land EJ, Truscott TG (eds.). Primary Photo--Processes in Biology and Medicine, Plenum, New York 1985, p. 181-195.
• 3.J. Fuchs, J. Thiele.: The role of oxygen in cutaneous photo-dynamic therapy. Free Radic Biol Med 1988, 24, p. 835.
• 4.M. Ochsne: Photophysical andphotohiologicalprocesses in the photodynamic therapy of tumours. J Photochem Pho-tobiol B: Biol 1997, 39, p. 1-18.
• 5.http://www.oceanoptics.com/Products/foxytheory.asp
• 6.R. Rotomskis., G. Streckyte, S. Bagdonas: Phototrans-fromations of sensitizers. Significance of the nature of the sensitizer in the photobleaching process and photoproduct formation in aqueous solution. J Photochem Photobiol B: Biol 1997, 39, p. 167-171.
• 7.G.H. Beaven, S.H. Chen, A. Albi, W.B. Gratzer: A spectroscopic study of the haemin-human-serum albumin system. Eur J Biochem 1974, 41, p. 539-546.
• 8.F)olphirr (ed): The porphyrins. Academic Press, New York 1978.
• 9.R.D. Hal., C.F. Chignell C.F: Steady-state near-infrared detection of singlet molecular oxygen: a Stem-Volmer quenching experiment with sodium azide. Photochem Photobiol 1987, 45, p. 459-464.
• 10.J.D. Spikes: Quantum yield and kinetics of the photobleaching of heamatoporphyrin, phofrin II, tetra(4-sulphonato-phenyiyporphine and uroporphyrin. Photochem Photobiol 1992, 55, 6, p. 797-808.
• 11.J. Davila, A. Harriman: Photoreactions of macrocyclic dyes bound to human serum albumin, Photochem Photobiol 1990, 51, 1, p. 9-19.
• 12.E. Zenkevich: Photophysical and photochemical properties of potential porphyrin and chlorin photosensitizers for PDT. J Photochem Photobiol B: Biol 1996, 33, p. 171-180.
• 13. J. Rotomskiene, R. Kapoeiute, R. Rotomskis, G. Jo-nusauskas, T. Szito, A. Nizhnik: Light-induced transformations of hematoporphyrin diacetate and hematoporphy-rin. J Photochem Photobiol B2, p. 373-379.
• 14.MJ. Davies: Reactive species formed on proteins exposed to singlet oxygen. Photochem Photobiol Sci 2004,3, p. 17-25.
• 15.E. Reddi, F. Ricchelli, G. Jori: Interaction of human serum albumin with hematoporhyrinand its Zn2+-and Fe3+-derivatives. Int J Peptide Protein Res 1981, 18, p. 402.
• 16.G.A. Kochubeyev, A.A. Frolov, G.P. Gurinovich: Spectral manifestations of chlorin e6 interactions with protein and liposomes, Experimentelle Technik der Physik 1989, 37, p. 443-448.
• 17.J.A. Silvester, G.S. Timmins, M.J. Davies: Photodyna-mically generated bovine serum albumin radicals: Evidence for damage transfer and oxidation at cysteine and tryptophan residues. Free Radical Biology & Medicine 1998, 24, 5, p. 754-766.
• 18.M.A.J. Rodgers: The photoproperties of porphyrins in model biological environments. In Photodynamic Therapy of Tumors and Other Diseases (Edited by G. Jori and C. Perria), p. 22-35.
• 19.I. Rosenthal, E .Ben-Hur: Role of oxygen in the phototoxicity of phthalocyanines. Int.J.Radiat.Biol., 67, 1995, p. 85-91.