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Penetrazione di C60 Fullerenes nelle cellule leucemiche umane e i suoi effetti citotossici fotoindotti
D. Franskevych, K. Palyvoda, D. Petukhov, S. Prylutska, I. Grynyuk, C. Schuetze, L. Drobot, O. Matyshevska e U. Ritter
Nanoscale Research Letters (2017)
Riassunto:
Il fullerene C60 come rappresentante dei nanocomposti di carbonio è considerato un agente promettente per l'applicazione nella terapia fotodinamica grazie alle sue proprietà fisico-chimiche uniche. Lo scopo di questo studio è stato quello di stimare l'accumulo di C60 fullerene nelle cellule leucemiche e di indagare il suo effetto fototossico sulle cellule parentali e resistenti al cisplatino. Una soluzione colloidale stabile e omogenea in acqua di C60 incontaminato con un diametro medio delle nanoparticelle di 50 nm è stata utilizzata negli esperimenti. Il C60 etichettato in modo fluorescente è stato sintetizzato mediante coniugazione covalente del C60 con isotiocianato di rodamina B. I risultati della microscopia confocale hanno mostrato che le cellule leucemiche Jurkat potevano assorbire efficientemente il fullerene C60 dal mezzo. Una lampada a diodi emettitori di luce (100 mW cm-2, À = 420-700 nm) è stata utilizzata per l'eccitazione del C60 accumulato. Una diminuzione della vitalità dipendente dal tempo è stata rilevata quando le cellule leucemiche Jurkat sono state esposte a un trattamento combinato con C60 e luce visibile. L'effetto citotossico del C60 fotoeccitato è stato paragonabile a quello indotto dall'H2O2, poiché entrambi gli agenti hanno causato una diminuzione del 50% della vitalità cellulare a 24 ore a concentrazioni di circa 50 μM. Utilizzando l'analisi immunoblot, sono stati stimati i livelli proteici di fosfotirosina nelle cellule.
L'azione combinata del C60 e della luce visibile è stata seguita da una diminuzione della fosforilazione delle proteine cellulari sui residui di tirosina, anche se meno intensa di quella indotta dall'H2O2 o dalla staurosporina, un inibitore della protein tirosina chinasi. Tutti gli agenti testati hanno ridotto la fosforilazione delle proteine 55, 70 e 90 kDa, mentre la soppressione totale della fosforilazione della proteina 26 kDa era specifica del C60 fotoeccitato.
L'effetto citotossico del C60 in combinazione con l'irradiazione di luce visibile è stato dimostrato anche su cellule leucemiche L1210 sensibili al cisplatino e resistenti al cisplatino. È stato dimostrato che il valore relativo del potenziale di membrana mitocondriale misurato con la sonda tetrametilrhodamine ethyl ether peroxide (TMRE) era più basso nelle cellule resistenti rispetto alle cellule sensibili e che il calo del potenziale mitocondriale corrispondeva a un'ulteriore diminuzione della vitalità delle cellule resistenti dopo la fotoeccitazione del C60. I dati ottenuti suggeriscono che il trattamento fotodinamico con C60 è un candidato per ripristinare la sensibilità delle cellule leucemiche resistenti ai farmaci all'induzione mitocondriale dell'apoptosi.
Conclusione:
In questo studio, una soluzione colloidale acquosa omogenea stabile di fullerene C60 incontaminato è stata utilizzata negli esperimenti per stimare la fotocitotossicità del C60 sulle cellule leucemiche.
Il coniugato C60-RITC è stato sintetizzato per monitorare l'ingresso del C60 nelle cellule leucemiche mediante microscopia confocale. Le cellule leucemiche Jurkat potevano assorbire il fullerene C60 dal mezzo e trattenere le nanoparticelle accumulate per 18 ore. Il trattamento combinato con C60 e luce visibile è seguito da una diminuzione temporale della vitalità delle cellule Jurkat.
L'inibizione della fosforilazione della tirosina della proteina può essere uno dei meccanismi con cui si ottengono gli effetti fotocitotossici del C60. Un effetto fotodinamico mediato dal C60 è stato dimostrato anche su cellule leucemiche L1210 sensibili al cisplatino e resistenti al cisplatino. La diminuzione della vitalità delle cellule resistenti ai farmaci dopo la fotoeccitazione del C60 corrisponde a una significativa diminuzione del potenziale mitocondriale.
I dati ottenuti suggeriscono che il trattamento fotodinamico con C60 può essere una strategia potenziale per ripristinare la sensibilità delle cellule leucemiche resistenti ai farmaci all'induzione mitocondriale dell'apoptosi.
Analisi dello studio
Oltre ai risultati dello studio, non si possono sottovalutare le implicazioni del trattamento fotodinamico del fullerene C60 sulle cellule leucemiche, in particolare quelle resistenti al cisplatino. Il potenziale di questo nano-composto di carbonio, con le sue eccezionali proprietà fisico-chimiche, per fare passi avanti significativi nella terapia del cancro è notevole. Il fatto che l'effetto citotossico del C60 si manifesti con la fotoeccitazione, causando una significativa diminuzione della vitalità cellulare, è una prova convincente di un nuovo modo di combattere la leucemia.
Inoltre, l'effetto della terapia fotodinamica mediata dal C60 sulla fosforilazione della tirosina proteica rivela un'intrigante strada da esplorare. La possibilità che il fullerene C60 inibisca questa funzione cellulare essenziale può chiarire i meccanismi alla base degli effetti citotossici del composto. La correlazione tra questo effetto e la diminuzione della vitalità cellulare richiede ulteriori ricerche sulle complessità dell'interazione del C60 con le proteine cellulari.
Nel complesso, questo studio pionieristico sul fullerene C60 introduce nuovi orizzonti per la terapia fotodinamica, offrendo un faro di speranza per il trattamento della leucemia e cambiando potenzialmente la traiettoria della ricerca oncologica. Significativamente, il trattamento fotodinamico con C60 si dimostra promettente nel risensibilizzare le cellule leucemiche resistenti ai farmaci, ripristinando la loro suscettibilità all'induzione dell'apoptosi attraverso le vie mitocondriali. Si tratta di un'area critica della ricerca sulla terapia del cancro che richiede ulteriori indagini.
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