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Fulleren C60 Penetration in Humane Leukämiezellen und ihre photoinduzierten zytotoxischen Wirkungen
D. Franskevych, K. Palyvoda, D. Petukhov, S. Prylutska, I. Grynyuk, C. Schuetze, L. Drobot, O. Matyshevska und U. Ritter
Nanoscale Research Letters (2017)
Auszug aus der Studie:
Fulleren C60 als Vertreter von Kohlenstoffnanoverbindungen wird aufgrund seiner einzigartigen physikochemischen Eigenschaften als vielversprechendes Mittel für die Anwendung in der photodynamischen Therapie vorgeschlagen. Das Ziel dieser Studie war es, die Akkumulation von Fulleren C60 in Leukämiezellen abzuschätzen und seine phototoxische Wirkung auf Elternzellen und die Resistenz gegen Cisplatin-Leukämiezellen zu untersuchen. In Experimenten wurde eine stabile homogene Wasser-Kolloid-Lösung von reinem C60 mit einem durchschnittlichen Nanopartikeldurchmesser von 50 nm verwendet. Fluoreszenzmarkiertes C60 wurde durch kovalente Konjugation von C60 mit Rhodamin B-Isothiocyanat synthetisiert. Die Ergebnisse der konfokalen Mikroskopie zeigten, dass leukämische Jurkat-Zellen Fulleren C60 effektiv aus dem Medium aufnehmen können. Zur Anregung von akkumuliertem C60 wurde eine Leuchtdiodenlampe (100 mW cm − 2, λ = 420–700 nm) verwendet. Eine zeitabhängige Abnahme der Lebensfähigkeit wurde festgestellt, wenn leukämische Jurkat-Zellen einer kombinierten Behandlung mit C60 und sichtbarem Licht ausgesetzt wurden. Die zytotoxische Wirkung von photoangeregtem C60 war vergleichbar mit der durch H2O2 induzierten, da beide Wirkstoffe bei Konzentrationen von etwa 50 μM nach 24 Stunden eine 50% ige Abnahme der Zelllebensfähigkeit verursachten. Unter Verwendung der Immunblot-Analyse wurden die Proteinphosphotyrosinspiegel in Zellen geschätzt.
Die kombinierte Wirkung von C60 und sichtbarem Licht wurde gefolgt von einer Abnahme der Phosphorylierung von zellulären Proteinen an Tyrosinresten, wenn auch weniger intensiv im Vergleich zu der durch H2O2 oder den Proteintyrosinkinaseinhibitor Staurosporin induzierten. Alle getesteten Wirkstoffe reduzierten die Phosphorylierung von 55-, 70- und 90-kDa-Proteinen, während die vollständige Unterdrückung der 26-kDa-Proteinphosphorylierung nur für photoangeregtes C60 spezifisch war.
Die zytotoxische Wirkung von C60 in Kombination mit Bestrahlung mit sichtbarem Licht wurde auch an leukämischen L1210-Zellen nachgewiesen, die sowohl empfindlich als auch resistent gegen Cisplatin sind. Es wurde gezeigt, dass der relative Wert des mit Tetramethylrhodaminethylesterperchlorat (TMRE) gemessenen Mitochondrien-Membranpotentials in resistenten Zellen im Vergleich zu empfindlichen Zellen niedriger war und der Abfall des Mitochondrienpotentials einer weiteren Abnahme der Lebensfähigkeit der resistenten Zellen nach C60-Photoanregung entsprach. Die erhaltenen Daten lassen darauf schließen, dass die C60-vermittelte photodynamische Behandlung ein Kandidat für die Wiederherstellung der Empfindlichkeit von arzneimittelresistenten Leukämiezellen gegenüber der Induktion der mitochondrialen Apoptose ist.
Fazit:
In dieser Studie wurde eine stabile homogene Wasser-Kolloid-Lösung von unbehandeltem Fulleren C60 in Experimenten zur Abschätzung der C60-Photozytotoxizität auf Leukämiezellen verwendet.
Das C60-RITC-Konjugat wurde synthetisiert, um den Eintritt von C60 in Leukämiezellen durch konfokale Mikroskopie zu überwachen. Leukämische Jurkat-Zellen konnten Fulleren C60 aus dem Medium aufnehmen und die angesammelten Nanopartikel über 18 Stunden zurückhalten. Die kombinierte Behandlung mit C60 und sichtbarem Licht wird von einer zeitabhängigen Abnahme der Lebensfähigkeit der Jurkat-Zellen gefolgt.
Die Hemmung der Tyrosinphosphorylierung von Proteinen könnte einer der Mechanismen für die Realisierung phototoxischer C60-Effekte sein. Ein C60-vermittelter photodynamischer Effekt wurde auch bei leukämischen L1210-Zellen nachgewiesen, die sowohl empfindlich als auch resistent gegen Cisplatin sind. Die Abnahme der Lebensfähigkeit von arzneimittelresistenten Zellen nach C60-Photoanregung entsprach einem signifikanten Abfall des mitochondrialen Potentials.
Die erhaltenen Daten lassen vermuten, dass die photodynamische Behandlung mit C60 eine potenzielle Strategie zur Wiederherstellung der Empfindlichkeit von arzneimittelresistenten Leukämiezellen gegenüber der Induktion einer mitochondrialen Apoptose sein könnte.
Analyse der Studie
Nach den Ergebnissen der Studie können die Auswirkungen der photodynamischen Behandlung von Fulleren C60 auf leukämische Zellen, insbesondere auf solche, die gegen Cisplatin resistent sind, nicht unterschätzt werden. Diese Kohlenstoffnanoverbindung mit ihren außergewöhnlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften hat das Potenzial, in der Krebstherapie erhebliche Fortschritte zu machen. Die Tatsache, dass die zytotoxische Wirkung von C60 bei Photoanregung zum Tragen kommt und die Lebensfähigkeit der Zellen deutlich verringert, ist ein überzeugender Beweis für einen neuen Weg zur Bekämpfung von Leukämie.
Darüber hinaus zeigt die Wirkung der C60-vermittelten photodynamischen Therapie auf die Protein-Tyrosin-Phosphorylierung einen interessanten Weg zur Erforschung auf. Die Möglichkeit, dass Fulleren C60 diese essentielle Zellfunktion hemmt, könnte die Mechanismen hinter den zytotoxischen Wirkungen der Verbindung aufklären. Die Korrelation zwischen dieser Wirkung und der verringerten Lebensfähigkeit der Zellen erfordert weitere Forschungen über die Feinheiten der Interaktion von C60 mit Zellproteinen.
Insgesamt eröffnet diese bahnbrechende Studie über das Fulleren C60 neue Horizonte für die photodynamische Therapie und bietet einen Hoffnungsschimmer für die Behandlung von Leukämie und könnte den Weg der onkologischen Forschung verändern. Es ist bezeichnend, dass die photodynamische C60-Behandlung vielversprechend ist, wenn es darum geht, arzneimittelresistente Leukämiezellen zu re-sensibilisieren und ihre Anfälligkeit für die Apoptose-Induktion über mitochondriale Signalwege wiederherzustellen. Dies ist ein wichtiger Bereich der Krebstherapieforschung, der weiter untersucht werden muss.
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