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Titel:Polymeric Photosensitizer Nanocomplex Encapsulated T-lymphocyte Delivery System for Photodynamic Therapy of Cancer
Autor:Momin, Mohammad Yahya
Weitere Beteiligte: Bakowsky, Udo (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2017
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0217
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0217
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-02178
DDC:570 Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.):Die Einschleusung von mTHPP (als mTHPP Nanocomplex) in T-Lymphozyten zur photodynamischen Krebstherapie
Publikationsdatum:2017-04-19
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Wasserlöslichkeit, fluorescence, Krebs, photoimmunotherapy, mTHPP, mTHPP, mTHPC, Phototherapie, mTHPC, cancer

Summary:
mTHPP or 5,10,15,20-Tetrakis (3-hydroxyphenyl) porphyrine is a best suited model anticancer drug for mTHPC or m-tetra (hydroxy) phenyl chlorin which is used as a second generation photosensitizer in photodynamic therapy (Chatterjee et al, 2008). Though, mTHPP is an effective anticancer drug, suffers from biopharmaceutical and physiological limitations. The problem pertaining to formulation development arises due to very low aqueous solubility (Konan et al, 2002) and tendency of mTHPP to accumulate in cell membrane from where it slowly releases and degrades (Ochsner et al, 1997). These hurdles can be effectively circumvented by designing nanoparticles but targeting cancerous cells through these nanocarriers still remains a major challenge. Due to presence of T cell receptors on cancerous cells, they acquire the ability to recognise and attack cancerous cells and make a tumor targeting autoimmune machinery. This autoimmune mechanism can be exploited to develop an immune cell (T cell) based delivery system by loading mTHPP (as nanocomplex) into T cells. Such safe homing of mTHPP into T cell is capable of selective delivery and targeting cancer cells as well as avoiding numerous side effects associated with mTHPP while present in blood. mTHPP binds with each polymer viz, polystyrene sulphonate Na, polyvinylpyrrolidone and Chitosan hydrochloride (Protasan®) through non-covalent bondings. These physical bonds are weak therefore facilitates release of drug. Interestingly, these nanocomplexes also possess fluorescence, thus acting as an ideal carrier for mTHPP for photodynamic therapy. Polymeric nanocomplexes of mTHPP (PNC) are internalized into Jurkat cell (JC) by electroporation because this is simple, time saving and economic method of intracellular delivery. PNC loaded JCs form an immune cell based delivery system which is intended to be administered directly into blood following identification and binding with cancer cells. Exposure of cancer affected area with suitable wavelength of light leads to excitation of PNC and generation of ROS (Reactive oxygen species) which kill surrounding cancer cells including Jurkat cells. PNC were characterized by UV spectroscopy to confirm formation of mTHPP-polymer NC while keeping fluorescence property intact which is prerequisite for photodynamic activity. Characterization by AFM revealed morphology and particle size of PNC between 10-80 nm which is smaller enough for effective intracellular delivery. Analytical methods by UV and fluorescence spectroscopies were developed for quantification of mTHPP. Thus, a proof of concept was designed pertaining to enhancement of aqueous solubility of mTHPC by complexation with different polymers and development of its T lymphocyte based delivery system for photoimmunotherapy of cancer using mTHPP as a model drug for mTHPC and JCs as model cell for T lymphocytes respectively.

Zusammenfassung:
Eine geeignete Modellsubstanz für mTHPC (m-tetra (Hydroxy) phenyl Chlorin) als Antikrebsmedikament stellt mTHPP oder 5,10,15,20-Tetrakis-(3-hydroxyphenyl) Porphyrin dar. Die Substanz mTHPP ist ein hocheffektives Medikament, jedoch weist es biopharmazeutische und physiologische Grenzen auf. Aufgrund der geringen Wasserlöslichkeit ist die Formulierung von mTHPP eine große Herausforderung. Desweiteren hat mTHPP die Tendenz sich in der Zellmembran anzureichern, was zu einer erhöhten Gewebetoxizität führt. Durch die Verpackung von mTHPP in Nanopartikel können diese Probleme effektiv gelöst werden, jedoch ist die gezielte Zerstörung von Krebszellen durch Nanocarrier eine große Schwierigkeit. T-Lymphozyten sind in der Lage Krebszellen zu identifizieren und zu attackieren. Durch vorhandene T-Zell-Rezeptoren auf den Krebszellen erwerben sie die Fähigkeit, Krebszellen zu erkennen, anzugreifen und eine „Tumor Autoimmune machinery“ zu bilden. Durch die Einschleusung von mTHPP (als mTHPP Nanocomplex) in T-Lymphozyten wird ein „immune cell based delivery system“ erzeugt. Ein solches System kann Krebszellen selektiv auswählen und mTHPP übertragen. mTHPP bindet durch nicht-kovalente Bindungen an folgenden Polymere: Polystyrolsulfonat-Na, Polyvinylpyrrolidone und Chitosan HCl (Protasan®). Diese physikalischen Bindungen sind schwach und erleichtern somit die Freisetzung von mTHPP. Interessanterweise besitzen diese Nanokomplexe auch eine photodynamische Aktivität. Somit stellen sie ideale „Carrier“ für mTHPP zur photodynamischen Therapie dar. Polymer-mTHPP Nanokomplexe werden durch Elektroporation in Jurkat-Zellen (JZ) eingeschleust, da dies ist eine einfache, kosten und zeitsparende Methode ist. Da PNC geladene JZs ein auf Immunzellen basierendes Transportsystem bilden, können sie durch eine direkte Verabreichung im Blut, Krebszellen identifizieren und dran binden. Der von Krebs betroffene Bereich wird mit einer bestimmten Wellenlänge des Lichts angeregt, was zu einer Anregung von PNC führt. Dies wiederum führt zu Erzeugung von ROS (Reaktive Sauerstoffspezies), die die umgebenen Krebszellen einschließlich der Jurkat-Zellen abtötet. PNC wurden durch UV-Spektroskopie charakterisiert um die Bildung von mTHPP-Polymer-NC zu bestätigen und um die Fluoreszenzeigenschaft zu charakterisieren, da dies die Voraussetzung für eine photodynamische Aktivität ist. Die Charakterisierung mittels AFM zeigte die Morphologie sowie die PNC Teilchengröße zwischen 10-80 nm. Solche kleinen Größen von Nanopartikeln sind geeignet, um in T-Lymphozyten aufgenommen zu werden. Außerdem wurden UV und- Fluoreszenz-Spektroskopie zur Quantifizierung von mTHPP genutzt. So konnte ein Beweis des Konzeptes erbracht werden, die Wasserlöslichkeit von mTHPC durch die Komplexbildung mit unterschiedlichen Polymeren zu verbessen. Ebenso wurde ein „T-Lymphocyte based delivery system“ für die Phototherapie gegen Krebs entwickelt. Die Substanz mTHPP diente als Model für mTHPC und Jurkat-Zellen wurden als T-Lymphozyten eingesetzt.


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