Neue 5-Aminolävulinsäureester in Tumortherapie und Tumordiagnostik. Systematische Synthese und zellbiologische Testung

Abstract (German)

Die photodynamische Diagnostik (PDD) und die photodynamische Therapie (PDT) mit ALA-induziertem Protoporphyrin IX (PPIX) ist ein vielversprechender Ansatz zur Erkennung und Behandlung von Dysplasien und Präkanzerosen im Gastrointestinaltrakt (GIT) und in der Harnblase. Aufgrund geringer Lipophilie und damit verbundener geringer Membranpermeabilität ist die ALA-induzierte PPIX-Akkumulation ...

Abstract (German)

Die photodynamische Diagnostik (PDD) und die photodynamische Therapie (PDT) mit ALA-induziertem Protoporphyrin IX (PPIX) ist ein vielversprechender Ansatz zur Erkennung und Behandlung von Dysplasien und Präkanzerosen im Gastrointestinaltrakt (GIT) und in der Harnblase. Aufgrund geringer Lipophilie und damit verbundener geringer Membranpermeabilität ist die ALA-induzierte PPIX-Akkumulation begrenzt. Um klinisch relevante PPIX-Level zu erreichen, müssen relativ hohe ALA-Konzentrationen appliziert werden. Eine Möglichkeit die Lipophilie von ALA zu erhöhen stellt die Synthese von ALA-Estern dar. Besonders der ALA-hexylester und der ALA-benzylester führen zu einer deutlichen Erhöhung der PPIX-Akkumulation im Tumorgewebe und sind sehr vielversprechende Kandidaten für die PDD und PDT im GIT und in der Harnblase. Ausgehend von der Hexylester- und Benzylestergrundstruktur wurden eine Reihe neuer ALA-Ester synthetisiert und deren Eigenschaften an zwei unterschiedlichen Zellmodellen untersucht. Als Kolonmodell dienten die humane Adenokarzinom-Zelllinie HT29 sowie als Vertreter des gesunden Darmbindegewebes die Fibroblastenlinie CCD18. Als Urothelmodell dienten die humane Urothelkarzinom-Zelllinie J82 sowie als Vertreter des gesunden Harnblasengewebes die humane Urothelzelllinie UROTSA. Zur Bestimmung der Dunkeltoxizität wurden MTT-Tests durchgeführt. Die zeitabhängige PPIX-Akkumulation (5, 30, 180 min; 0,12mmol/l) wurde durchflusszytometrisch untersucht. PPIX-Akkumulationsverhältnisse zwischen Tumor- und Normalgewebe wurden bestimmt. Die Phototoxizität der neuen Verbindungen wurde mittels Klonogenitätstests untersucht. Die neuen Verbindungen ALA-nonafluorohexylester-hydrochlorid, ALA-thiohexylester-hydrochlorid and Bis-ALA-1,4-dibenzylester-dihydrochlorid führten zu einer deutlichen Verbesserung der photodynamischen Eigenschaften (PPIX-Akkumulation, PPIX-Kinetik, Phototoxizität) im Vergleich zum ALA-hexylester und sind vielversprechende Verbindungen für die PDT und PDD.

Translation of the abstract (English)

Photodynamic diagnosis (PDD) and photodynamic therapy (PDT) using 5-aminolevulinic acid (ALA)-induced protoporphyrin IX (PPIX) is an interesting approach to detect and treat dysplasia and early cancers in the gastrointestinal tract (GIT) and in the urinary bladder. Because of low lipophilicity resulting in poor penetration across cell membranes, high doses of ALA should be administered in order ...

Translation of the abstract (English)

Photodynamic diagnosis (PDD) and photodynamic therapy (PDT) using 5-aminolevulinic acid (ALA)-induced protoporphyrin IX (PPIX) is an interesting approach to detect and treat dysplasia and early cancers in the gastrointestinal tract (GIT) and in the urinary bladder. Because of low lipophilicity resulting in poor penetration across cell membranes, high doses of ALA should be administered in order to reach clinically relevant levels of PPIX. One way of increasing PPIX accumulation is derivatization of ALA into a more lipophilic molecule. Especially ALA-hexylester and ALA-benzylester inducing very high PPIX-contents in cancer cells are very interesting candidates for PDD and PDT in the GIT and the urinary bladder. In our in vitro study, different esterifications of ALA were investigated to analyze the effects on PPIX accumulation in two different cell models. For colon model the adenocarcinoma cell line HT29 and the fibroblast cell line CCD18 were used. For urothelial model urothelial carcinoma cell line J82 and normal urothelial cell line UROTSA were used. MTT assays were performed to ensure that the ALA esters showed no cellular dark toxicity. Different incubation times (5, 30, 180 min; 0.12 mmol/L) were examined. PPIX accumulation was measured using flow cytometry. PPIX accumulation ratio (cancer cells/normal cells) was determined. Phototoxicity was measured using clonogenicity tests. Especially ALA-nonafluorohexylester-hydrochloride, ALA-thiohexylester-hydrochloride and Bis-ALA-1,4-dibenzylester-dihydrochloride improved the photodynamic properties (PPIX accumulation, PPIX kinetics, phototoxicity) compared with ALA-hexylester and may be promising candidates for PDT and PDD.

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