Utformningen av tiobaserade fotosensibilisatorer, till vänster, av Rice University kemister visar löfte för fotodynamisk cancerterapi, bland andra applikationer. En tiokarbonylsubstitution - utbyte av en syreatom mot en svavelatom - av en mängd olika fluoroforer kan dramatiskt förbättra deras förmåga att generera reaktiva syrearter som dödar cancerceller. Till höger, bilder av flercelliga tumörsfäroider behandlade med fotosensibilisatorer och ljus (i den nedre raden) visar hur föreningarna, när det upphetsas av ljus, skada cellerna. Kredit:Xiao Lab/Rice University
Ett Rice University-labbs projekt för att göra bättre fluorescerande taggar har förvandlats till en metod för att döda tumörer. Att byta en atom i taggen gör susen.
Riskemisten Han Xiao och hans kollegor fann att om man ersätter en enda syreatom med en svavelatom i en vanlig fluorofor, förvandlas den till en fotosensibiliserande molekyl. När den utsätts för ljus, molekylen genererade reaktiva syrearter (ROS) som förstörde bröstcancerceller i labbet.
Studien leddes av medförfattarna Juan Tang och Lushun Wang, både Rice postdoktorala forskare, visas i Royal Society of Chemistrys flaggskeppstidning Kemivetenskap .
Denna metod för fotodynamisk terapi används redan, eftersom ljusutlösta molekyler är kända för att generera cytotoxiska ROS. De flesta nuvarande fotosensibilisatorer kräver inkorporering av tunga atomer, men de är svåra och dyra att syntetisera och förblir giftiga i mörker, potentiellt skada friska celler, sa Xiao.
Rislabbets enstegsföreningar har inga tunga atomer, ger ett högt ROS-förhållande när det utlöses och stängs av när ljuset släcks. Laboratoriets olika tiobaserade fluoroforer absorberar ljus i synliga till nära-infraröda våglängder som penetrerar upp till 5 millimeter in i vävnader.
"Detta arbete kommer genom vår tidigare studie för att göra bättre fluorogena färgämnen, " sa Xiao. "Det var en helt ny upptäckt, men när vi väl gick djupare in i mekanismen, vi fann att våra tiobaserade fluoroforer kan leda till en dramatisk generering av singlettsyre när de exciteras med ljus. Det här är den verkliga medlaren."
För provning, forskarna kombinerade sina fotosensibilisatorer med trastuzumab, en antikropp som används för att rikta och behandla tidig och avancerad bröstcancer. Kombinationen visade "robust cytotoxicitet" mot HER2-positiva (cancercellinjer) men nästan ingen aktivitet mot HER2-negativa celler.
Xiao sa att experimenten visade att deras fotosensibilisatorer riktade sig mot både monolagercancerceller och flercelliga tumörsfäroider. "Vi tror att en stor applikation för denna fotosensibilisator kommer att vara hudcancer, " sa han. "Det borde vara lätt för ljus att penetrera basalcellscancer på ytan."
Forskarna noterade solceller, fotokatalytiska tillämpningar och organisk kemi kan dra nytta av deras fotosensibilisatorer.
