MULTIMODAL IMAGING OF PHOTOSENSITIZERS IN 3D TUMOR CELL MODELS

Význam tématu

Fotodynamická terapie představuje perspektivní přístup ke léčbě nádorových onemocnění, který využívá fotosenzibilizátory aktivované světlem k produkci reaktivních kyslíkových radikálů a následné apoptóze nádorových buněk. Klíčovým krokem k optimalizaci této terapie je přesné stanovení prostupnosti a prostorového rozložení fotosenzibilizátorů v trojrozměrných modelech nádoru, které lépe napodobují in vivo prostředí než klasické 2D kultury.

Cíle a přehled studie / článku

• Ověřit distribuci neoznačeného fotosenzibilizátoru mTHPP v histologických řezech tumorových sferoid.
• Vyvinout a aplikovat kombinovanou strategii molekulárního (MALDI-MSI) a elementárního (LA-ICP-MS) zobrazování pro sledování palladiem značené verze mTHPP-Pd.
• Stanovit prostupnost a koncentraci fotosenzibilizátorů v různých vrstvách 3D modelu lidského kolorektálního adenokarcinomu HT29.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava 3D tumorových sferoid: buněčná linie HT29, liquid overlay technika, inkubace se 4-hydroxylfenyl-porfyrinem (mTHPP) a jeho palladiovým derivátem mTHPP-Pd.
• Imaging MALDI-MSI: tenké řez 14 µm, matricová aplikace tvořená α-cyano-4-hydroxycinnamovou kyselinou sublimací, analýza v pozitivním iontovém módu (m/z 600–900), potvrzení struktur technikou MS2.
• Elementární zobrazování LA-ICP-MS: řez 5 µm, kalibrace pomocí matrix-matched želatinových standardů s koncentracemi Pd 0,1–100 µg/g, ablační NdYAG laser 213 nm, ICPMS-2030 v kolizním módu s heliem jako plynem kolizním.
• Přístrojová vybavení:
  
  • MALDI-MSI: iMScope Trio s NdYAG laserem 355 nm, atmosférický tlak, frekvence 1000 Hz, akumulace 100 laserových pulzů na pixel.
  • LA-ICP-MS: LSX-213 G2+ (laser 213 nm, He 0,8 l/min), ICPMS-2030 (plazma 1,2 kW, Ar 9,0 l/min, kolizní plyn He 6 ml/min).

Hlavní výsledky a diskuse

• MALDI-MSI ukázala prstencovité rozložení mTHPP v okrajových vrstvách sferoid, zatímco centrální část zůstala bez signálu fotosenzibilizátoru.
• Phosphatidylcholiny PC 32:1, PC 34:1 a PC 36:1 sloužily jako anatomické markery pro detailní mapování struktury nádorové tkáně.
• LA-ICP-MS u mTHPP-Pd prokázala homogenní distribuci palladia ve vnějším pásmu sferoid s průměrnou koncentrací 1,9 µg/g, max. hodnoty až 10 µg/g.
• Spojením obou metod bylo možné současně identifikovat molekulární formu fotosenzibilizátoru (MALDI-MSI) a přesně kvantifikovat jeho elementární znak (LA-ICP-MS).

Přínosy a praktické využití metody

Komplementární kombinace MALDI-MSI a LA-ICP-MS nabízí robustní platformu pro vývoj a hodnocení nových fotosenzibilizátorů. Umožňuje:

• Detailní prostorové mapování terapeutických látek v modelových systémech.
• Přesnou kvantifikaci značených komplexů v komplexních biologických vzorcích.
• Validaci efektivity penetrace a případnou optimalizaci chemického designu fotosenzibilizátorů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace dalších multimodálních zobrazovacích přístupů (např. fluorescenční mikroskopie, Ramanova spektroskopie).
• Využití pokročilých 3D orgánových modelů pro predikci in vivo farmakokinetiky.
• Vývoj personalizovaných terapií založených na mapování distribuce fotodynamických činidel v pacientských biopsiích.

Závěr

Studie ukazuje, že kombinace molekulárního a elementárního zobrazování poskytuje komplexní přehled o prostorové distribuci fotosenzibilizátorů v 3D nádorových modelech. Tento přístup přispívá k hlubší mechanistické znalosti farmakokinetiky a podporuje vývoj efektivnějších fotodynamických terapií.

Reference

• Friedrich J., Seidel C., Ebner R., Kunz-Schughart L.A. Nat. Protoc. 4 (2009) 309–324.
• Niehoff A.-C., Moosmann A., Söbbing J. et al. Metallomics 6 (2014) 77–81.