Interações moleculares na adesão celular em suportes sólidos e o efeito de fotossensibilizadores porfirínicos / Molecular interactions in cell adhesion on solid substrates and the effect of porphyrinic photosensitizers

A adesão celular está ligada à formação e disseminação de metástases, a principal causa de óbito de pacientes diagnosticados com câncer. O objetivo deste trabalho foi investigar in vitro o efeito de fotossensibilizadores na adesão celular. Foram utilizadas porfirinas comerciais (PpIX, CPpI, TSPP, TMPyP e Zn(II)TMPyP) e um fotossensibilizador sintetizado através da ligação de poli-L-lisina à protoporfirina IX (PLLPpIX). A adesão celular foi estudada por RICM, técnica que permite quantificar a área de contato entre uma célula e um substrato por binarização das imagens digitais utilizando limiares apropriados. A técnica foi padronizada e revelou dois regimes de adesão celular: um limitado e outro não limitado pela quantidade de proteína de adesão adsorvida na superfície. Neste último foi observada lise celular. Todos os fotossensibilizadores estudados foram capazes de aumentar a adesão celular na ausência de irradiação comparados ao controle sem fotossensibilizador, o que não havia sido observado nos ensaios de resistência à tripsinização normalmente utilizados para estudar o efeito de fotossensibilizadores na adesão celular. Quanto maior a anfifilicidade do fotossensibilizador, maior foi o efeito na adesão, o que é explicado pela capacidade das moléculas em se intercalarem na membrana, mudando a sua rigidez. Este aumento da adesão no escuro correlaciona com a diminuição da migração segundo ensaios de ferida. A análise do padrão de expressão de integrinas na superfície celular revela que o aumento da adesão correlaciona com o aumento na expressão de αV. Quando os fotossensibilizadores estão concentrados na região perimembranar (1 minuto de incubação) e as células são irradiadas, há um aumento da adesão em relação ao controle sem fotossensibilizador, mas uma diminuição em relação ao controle tratado com o fotossensibilizador e não irradiado, o que implica que a PDT leva a uma diminuição da adesão celular e não a um aumento como reportado na literatura. Com 3h de incubação, PLLPpIX impede a adesão celular, enquanto PpIX praticamente não muda a adesão comparado ao controle não irradiado. Esta ausência do efeito da irradiação sugere que a PpIX afeta a adesão celular principalmente devido a sua intercalação na membrana e não devido à formação de espécies reativas. Com 3h de incubação os fotossensibilizadores não se encontram na membrana e, portanto, o efeito na adesão celular é indireto e também não está relacionado à diferenças na eficiência de internalização. O comportamento observado deve ter relação com diferenças de citolocalização. Outro processo que pode alterar a adesão celular é a oxidação das proteínas do soro fetal bovino. Como observado nos estudos de fotossensibilização de células, PLLPpIX foi capaz de impedir a adesão celular, diferentemente da PpIX. A maior eficiência da PLLPpIX foi associada a presença do polímero, o qual força por questões estéricas que a interação da PLLPpIX com a albumina, o componente majoritário do soro, fique restrita à superfície da proteína, deixando o fotossensibilizador disponível para interagir com o oxigênio molecular e gerar oxigênio singlete. Assim, a funcionalização com um polímero tornou a PpIX capaz de modular a adesão celular tanto agindo dentro da célula quanto na matriz extracelular

Cell adhesion is associated to the formation and spread of metastasis, the leading cause of death in cancer patients. The aim of this study was to investigate, in vitro, the effect of photosensitizers in cell adhesion. Five commercial porphyrins (PpIX, CPpI, TSPP, TMPyP e Zn(II)TMPyP) and Protoporphyrin IX covalently tethered to poli-L-lysine (PLLPpIX) were used. Cell adhesion was mainly studied by RICM, a technique that allows quantifying the contact area between a cell and a substrate for binarization of digital images using appropriate thresholds. The technique was standardized and disclosed two systems for cell adhesion: a system limited by the amount of adhesion proteina adsorbed on the surface and another one no limited, in which cell lysis was observed. All photosensitizers were able to enhance cell adhesion in the absence of irradiation compared to control without photosensitizer, which had not been observed in the trypsinization resistance tests usually used to study the effect of photosensitizers in cell adhesion. The greater the amphiphilicity of the photosensitizer, the greater was the effect on cell adhesion. This is explained by the ability of molecules to fit in the membrane, changing its tension. This increased adhesion correlates with the decrease in migration according to wound healing assays. Analysis of the integrin expression pattern on cell surface reveals that increased adhesion correlates with increased expression of alpha V. When photosensitizers are concentrated in the perimembranar region (1 minute of incubation) and cells are irradiated, there is an increase in adhesion when compared to control without photosensitizer, but a decrease relative to controls treated with the photosensitizer without irradiation, implying that PDT leads to a reduction of cell adhesion and not to an increase as reported in the literature. With 3h of incubation PLLPpIX prevents cell adhesion, while PpIX practically does not change the adhesion compared to dark control. This lack of effect of irradiation suggests that PpIX affects cell adhesion primarily because of its intercalation into the membrane and not due to the formation of reactive species. With 3h of incubation the photosensitizers are not on the membrane and therefore the effect on cell adhesion is indirect and it is not also related to differences in uptake efficiency. The observed behavior must be related to differences in subcellular localization arising from differences in molecular structure. Another process that can alter the cell adhesion is serum protein oxidation. As noted in the studies with cells, photosensitization of serum with PLLPpIX (but not with PpIX) was capable of preventing cell adhesion. The greater efficiency of PLLPpIX was associated with the presence of the polymer, which, by the steric hindrance, forces that interaction of PLLPpIX with albumin, the major serum component, is restricted to the protein surface, leaving the photosensitizer available to interact with molecular oxygen and generate singlet oxygen. Thus, the functionalization of a polymer has turned PpIX capable of modulating cell adhesion by acting both within and outside (in extracellular matrix) the cell

Derivados porfirínicos nanoencapsulados como fotossensibilizadores em terapia fotodinâmica / Nanoencapsulated porphyrin derivatives as photosensitizers in photodynamic therapy

Uma série de oito derivados porfirínicos monocatiônicos, na forma de base-livre e metalados com Zn(II), e tendo grupos metila ou [Ru(bipy)2Cl]+ ligados ao átomo de nitrogênio do substituinte piridil em uma das posições meso do anel, foram sintetizadas e caracterizadas, visando sua aplicação como fotossensibilizadores no tratamento de tumores de pele por TFD. Além de possuírem características anfifílicas que favorecem a sua interação com membranas biológicas, os compostos apresentaram um elevado rendimento quântico de formação de oxigênio singlete, principalmente os derivados metilados das porfirinas base-livre. A baixa solubilidade em meio aquoso, fator limitante da utilização como fotossensibilizadores, foi superada por meio do encapsulamento dos mesmos em micro e nanocápsulas poliméricas, pelo método de coacervação. Duas formulações, uma baseada em hidroxietilcelulose (HEC) e outra na mistura atelocolágeno marinho/goma xantana (ACM), foram preparadas e suas eficiências fotodinâmicas e citotoxicidade frente à células HeLa determinadas. As formulações de ACM mostraram ser não-tóxicas, enquanto os preparados com HEC apresentaram uma pequena, mas significativa citotoxicidade no escuro. Por outro lado, todas as formulações se tornaram tóxicas quando irradiadas com laser de 650 nm ou luz branca proveniente de lâmpada de mercúrio. Dentre as formulações preparadas, as mais ativas foram aquelas preparadas com os derivados porfirínicos base-livre metilados em ACM, provavelmente em virtude da maior eficiência de entrega do composto fotoativo em relação ao sistema polimérico de HEC, aliado aos elevados rendimentos quânticos de formação de oxigênio singlete em relação aos demais compostos. Além disso, o encapsulamento influenciou significativamentente a interação e citolocalização dos fotossensibilizadores, e consequentemente a taxa e o mecanismo de morte celular. Os estudos por microscopia de fluorescência confocal, evidenciaram que as nanocápsulas de ACM são capazes de penetrar na membrana das células, alcançando o citoplasma e liberando gradativamente o composto fotoativo no seu interior. Quando não encapsulada, em solução de dmso, a porfirina se acumula preferencialmente na membrana celular. Consequentemente, neste caso a irradiação levou ao comprometimento da integridade da mesma e o desencadeamento da necrose celular, indesejável na terapia por ocasionar inflamação nos tecidos. Em contrapartida, o tratamento com formulações de fotossensibilizadores nanoencapsulados promoveram menos danos mas favoreceram a apoptose, um mecanismo de morte programada que geralmente leva a regeneração rápida e total dos tecidos, e ausência de processos inflamatórios

A series of eight monocationic porphyrins derivatives as free-base and Zn(II) complexes, with methyl or [Ru(bipy)2Cl]+ groups bond to the nitrogen atom of the meso-pyridyl substituent, were synthesized and characterized aiming their application as photosensitizers in the treatment of skin tumors by Photodynamic Therapy (PDT). Those compounds, especially the methylated derivatives of the free-base porphyrins, are potentially useful because showed higher quantum yields for the photoinduced formation of singlet oxygen and amphiphilic character, that enhanced their interaction with biological membranes. The low solubility in aqueous media, a limiting factor for use as photosensitizers, was overcome by encapsulating them in polymeric micro-and nanocapsules using the coacervation method. Two formulations, one based on hydroxyethyl cellulose (HEC) and another in the marine atelocollagen/xanthan gum (MAC) mixture were prepared and their photodynamic efficiencies and cytotoxicity against HeLa cells determined. The MAC formulations were shown to be non-toxic, while the HEC presented a small but significant cytotoxicity in the dark. On the other hand, all formulations become toxic when irradiated with 650 nm laser or white light from a mercury lamp source. The most actives, among all formulations, were those prepared using the methylated free-base porphyrin derivatives and MAC, probably due to the higher delivery efficiency of the photosensitizers in relation to the formulations prepared with HEC, associated with their higher quantum yields of photoinduced formation of singlet oxygen of those species as compared with the other compounds. In addition, the encapsulation influenced the interaction and cytolocalization of the photosensitizers, and consequently the rate and mechanism of cell death. The MAC nanocapsules were shown to penetrate the cell membrane by confocal fluorescence microscopy, reaching the cytoplasm where gradually released the photoactive compound. However, the porphyrin derivatives preferentially accumulated in the cell membrane when in DMSO solution. Consequently, the irradiation compromised the membrane integrity leading to necrosis, an undesirable process since cause tissue inflammation. In contrast, the treatment with encapsulated photosensitizer formulations promoted a much lower level of photoinduced damage and apoptosis, a more desirable death mechanism characterized by a complete and rapid regeneration of tissues and absence of inflammatory processes

Precancerous pathology evoked by hexachlorobenzene treatment

The porphyrinogenic and carcinogenic ability of hexachlorobenzene (HCB) was assayed in male and female gold hamsters, and histological examinations of tissue alteraions were performed. So it was studied, in liver: a) prophyrin content which was significantly increased at five months of HCB treatment, specially in males, and the pattern of accumalated porphyrins which was altered independent of the sex, b) haem pathway enzymes: delta aminolaevulinicacid synthase, ferrochelatase and porphyrinogen carboxylyase (PCL); among which only PCL appeared to be altered just at ten months of HCB feeding. While thyroid gland and kidney remained unaltered along the treatment time, liver and spleen exhibited a noticeable size variation and morphological alterations. In fact the spleen in treated animals was hypotrophic showing a red pulp less developed with respect to the Malpighian corpuscles and many macrophages with iron deposits. Respect to the liver, enlargement in size of hepatocytes, high content of iron deposits, no PAS positive structures in the cytoplasm, several small lipid droplets, microsteatosis although no cytonecrosis, polymorphic nuclei, and proliferations of nucleoli were observed. Therefore HCB is able to cause precancerous pathology and to induce porphyria in hamster, but not hyperthyroidism, upon this experimental conditions. By the way, males were found to be a good experimental model, better than females, to study the earliest relations between porphyria and cancer.

Acerca de diecisiete pacientes con virus de inmunodeficiencia humana que desarrollaron porfiria cutánea tardia / About seventeen patients with human inmunodeficiency virus,who developev Porphyria cutanea tarda

Se presentaron 17 pacientes de sexo masculino de edades entre 20 y 44 años infectadas con el virus de inmunodeficiencia humana (HIV),que desarrollaron signos clínicos y bioquímicos típicos de la Porfiria cutánea tardía (PCT) entre 2 meses a 5 años despúes de ser detectada la la seropositividad para HIV. El diagnóstico de PCT fue confirmado en base a los valores elevados de porfirinas urinarias con patrón de excreción e índice de porfirinas plasmáticas características de esta porfiria. La naturaleza hereditaria de la enfermedad se estableció teniendo en cuenta los antecedentes familiaresy la disminucioón de la actividad de la uroporfirinógeno decarboxilasa eritrocitaria. Dos pacientes fueron sometidos a la terapia combinada de bajas dosis de cloriquina (2x 100 mg semanal) y S-Adenosil-L-Metionina (SAM) (15-20 mg/kg,durante 3 semanas), observándose una disminución del 50 por ciento en la excreción de porfirinas urinarias a los seis meses de iniciado el tratamiento. Los 17 casos de HIV-PCT estudiados en nuestro centro entre 1990 y 1994 constituyen el 30 por ciento del número total de casos descriptos en la literatura mundial. Dado que en todos los pacientes la porfiria desencadenó luego de detectarse el virus, se propone que el HIV,o algun factor asociado, podría actuar como agente inductor o desencadenante de la expresión sintomatológica de la PCT

Porfiria cutánea tardia infantil en una niña con transplante renal / Porphyria cutanea tarda in one child with renal transplant

La porfiria cutánea tardía (PCT) es la más frecuente de las porfirias cutáneas. La forma infantil es poco frecuente. En el CIPYP se han eatudiados 16 casos de PCT infantil, que representan el 28 por ciento de la PCT infantil en la literatura internacional y el 3 por ciento del total de pacientes PCT adultos estudiados en el CIPYP. Se presentan los parámetros bioquímicos de un nuevo caso de PCT infantil (C:A, 9 años, sexo femenino); y de su grupo familiar. La niña ha exibido desde muy corta edad pelo tipo lanudo en espalda y abdomen. A la edad de 3 años (DIC: 1989) padeció de trastornos renales crónicos, y a los 5 años fue sometida a dialisis peritoneal durante 12 meses y hemodiálisis (3 h x 3/semana ) durante 25 meses, finalmente se le practicó transplante renal (25 de abril de 1992 ). Al mes siguiente al transplante manisfestó los signos clínicos de PCT (fragilidad cutánea, ampollas con contenido seroso en manos, hiperpigmentación);16 meses más tarde se confirmó el diagnóstico de PCT, sobre la base de la excreción elevada de porfirinas urinarias (7528 ug/24 h; VN:menor o igual 250 ug/24 h) y patrón (uroporfirina = 60 por ciento, firiaporfirina = 30 por ciento, hexaporfirina = 1 por ciento,pentaporfirina = 3 por ciento coproporfirina = 6 por ciento; VN = copro: 100 por ciento) y de porfirinas fecales (526 ug/g seco,VN menor o igual 130 ug/g seco), disminución de la uroporfiribógeno Decarboxilasa (URO-D =2.5 U/ml GR; VN = 12 mas menos 0,90 U/mnl GR) y elevado índice de porfirinas plasmático (5,87 =618 nm, VN menor o igual 13,= 618 nm). La actividad de la delta-aminolevulico dehidrasa ( ALA-D) eritrocitaria estuvo disminuida 47 por ciento (0,49 U/ml GR ) respecto a los controles normales (infantil = 0,84 más menos 0,20 U/ml GR). Los farmacos recibidos durante la diálisis extracorporea (hierro), y después del transplante renal( fenobarbital) pudierón ser algunos de los factores desencadenantes de la enfermedad. El contenido de porfirinas urinarias después del tratamiento con S-Adenosil-L-metionina (SAM) 30 mg/kg/ día oral y 200 mg de cloroquina durante solo una semana, se triplico a los 30 días (22825 mug/24 h ) y se habia reducido a la quinta parte del contenido inicial a los 210 días (1379 mug/24 h) de su comienzo,pero si llegar aún a valores normales

Acerca de dos nuevos casos de porfíria cutánea tardía infantil en una niña con leucemia y en un niño hemodializado en tratamiento con S-Adenosil L-Metionina: aspectos Bioquímicos

Se presentan dos nuevos casos de PCT infantil. Una niña de 5 años, que padece además de leucemia linfática aguda, con signos clínicos evidentes de PCT; el diagnóstico se confirmó sobre la base de la característica excreción elevada y patrón de las porfirinas urinarias, disminución de la URO-D eritrocitaria y elevado IPP con emisión a 618 nm. Los estudios familiares indicaron que su madre, muy probablemente una y tal vez las otras dos hermanas de la niña son portadoras de la enfermedad. La paciente ha recibido el tratamiento de SAM oral en comprimidos con muy bajas dosis de cloroquina, con los resultados esperados hasta el momento. Un niño de 16 años, sometido a hemodiálisis desde la edad de 10, manifestó los síntomas clínicos de una PCT un año atrás, en este paciente se confirmó el diagnóstico sobre la base de los valores elevados y patrones típicos de porfirinas en plasma, sangre total y heces, aumento del IPP y reducción de la URO-D. Además se encontró incrementada alrededor de 3 veces la concentracino de ALA en plasma y correspondientemente la actividad del ALA-D en eritrocitos disminuida entre 3-40 por ciento. El niño se trató solamente con SAM oral, observándose una clara mejoría clínica y bioquímica dentro de los 60 días de iniciado el tratamiento. Se propone que el SAM seria la terapia más adecuada para pacientes con PCT sometidos a hemodiálisis

Porfiria congénita eritropoyética en dos niños: estudio clínico y bioquímico / Congenital erythropoietic porphyria in 2 children: clinical and biochemical study

Se presentan dos hermanos con porfiria eritropoyética congénita con manifestaciones clínicas y laboratoriales típicas de la enfermedad. El diagnóstico diferencial se implementó con la porfiria cutánea tardía infantil y la porfiria hepatoeritropoyética. En ambos pacientes se encontró masiva excreción de uro y coproporfirinas con predomino de la serie I. La actividad de la uro-D fue normal. El interés de la certificación del diagnóstico reside en la profilaxis que puede efectuarse para tratar de evitar las lesiones mutilantes características de la enfermedad

Evaluación terapéutica en porfiria cutánea tardía con flebotomía y cloroquina: estudio de doce casos / Therapeutic evaluation of porphyria cutanea tarda with phlebotomy and cloroquine: study of 12 cases

Se ha aplicado el tratamiento de flebotomías repetidas y bajas dosis de cloroquina a una paciente con PCT hereditaria, sobre la cual se ha hecho el seguimiento hasta después de 2 años y en 11 pacientes con PCT adquirida. Se ha observado que el resultado de la terapia combinada de flebotomías y cloroquina es el mismo se trate de enfermos con PCT hereditaria o no hereditaria. La excreción de porfirinas urinarias, significativamente aumentada en todos los pacientes, disminuye hasta niveles fisiológicos entre dos y cuatro meses después de iniciado el tratamiento y es notable que en todos los pacientes con PCT adquirida, el patrón de porfirinas inicialmente típico para la PCT, adopta el perfil normal, apreciándose que la relación Uro/Copro decrece y llega también a las cifras controles. Igualmente se normaliza el índice de fluorescencia, y el contenido de las porfirinas en plasma, aumentado antes del tratamiento. En forma paralela tiene lugar una clara recuperación clínica de los pacientes y se observa que luego de dos años no ha habido reaparición de los signos en la primer paciente. Se considera que el tratamiento con flebotomías repetidas (500 ml/semana, 6-7) y dosis bajas de cloroquina (2 x 125 mg/semana, 5 meses), es beneficioso tanto para pacientes con PCT hereditaria como adquirida, obteniéndose una completa remisión clínica y bioquímica, sin recidivas