Effects of photodynamic therapy by TPCS2a on glioma cell lines - in vitro and in vivo studies

Abstract

Ondartet glioma er en alvorlig sykdom som ofte er forbundet med en dårlig prognose. Fotodynamisk terapi (PDT) og fotokjemisk internalisering (PCI) er lovende terapeutiske prinsipper for økende eekt av gliomabehandling, ved å bruke lysfølsomme molekyler (fotosensibiliserende sto) og f.eks. cytostatika for å øke opptaket gjennom cellemem- branen. Formålet med denne oppgaven var å etablere en model for glioma behandling som inkluderte bruk av det fotosensibiliserende stoet, TPCS2a for utgangspunkt i PDT og PCI ved å sammenligne celle overlevensen til to glioma cellelinjer (F98 celler og Astrocytter). Celleoverlevelsen av PDT og PCI for F98 celler og Astrocytter ble studert gjennom to metoder (AlamarBlue og flow cytometry). Begge metodene er basert på stan- dard protokollen fra Det norske Radiumhospital, Oslo. Studiene inkluderte behandling med blått lys (435 nm, 0.45 J cm2, 13 mW/cm2), det fotosensibiliserende sto, TPCS2a (0,2-0,32 μg/ml) og cytostatiske legemidlet, bleomycin (0,1-0,3 μM). Celledødeligheten for PDT og PCI ble funnet å øke med høyere doser av blått lys, sammenlignet med bare lys eller bleomycin alene. I tillegg var hensikten å studere eekten av TPCS2a i Fisher rotter som en in vivo modell. In vivo-studiene ble basert på TPCS2a-injeksjon (i.v. bolusdose) hos svulstbærende Fisher 344 rotter, etterfulgt av helkroppsavbildning (0-10 dager) og blodprøvetaking (0-48 timer). Fluorescensen ble målt ved hjelp av In vivo Imaging system (IVIS). Etter 6 dager ble ingen fluorescens fra TPCS2a målt i blodprøvene fra Fisher 344 rotter, men fluorescensen i hode-regionen ble fortsatt målt. I sin helhet har dette prosjektet bidratt til å kartlegge grunnleggende in vitro og in vivo egenskaper til TPCS2a, som er relevant for utvikling av PDT-behandling for pasienter med glioblastom.

Malignant glioma is an aggressive disease associated with poor prognosis. Photodynamic therapy (PDT) and photochemical internalization (PCI) are promising methods to increase the eciency of glioma therapy, by using light-sensitive molecules (photosensitizers) and e.g. cytostatic molecules to increase penetration through the cell membrane. The aim of the project was to establish a model for glioma-therapy using TPCS2a-based PDT and BLM-PCI, by comparing the viability on rat glioma cell lines (Astrocytes and F98 cells), as well as study the in vivo eects on Fisher 344 rats. The cytotoxicity of PDT and BLM-PCI on F98 cells and Astrocytes were performed by two methods (AlamarBlue and flow cytometry), both based on the standard protocol from The Norwegian Radium Hospital, Oslo. The experiments included blue light treatment (435 nm, 0.45 J cm2, 13 mW/cm2), the photosensitizer (PS), TPCS2a (0,2-0,32 μg/ml), and the cytostatic agent, bleomycin (0,1-0,3 μM). The cell viability was observed to decrease with blue light treatment for PDT and PCI, compared to only bleomycin or light treatment. The in vivo studies were based on TPCS2a-injection (i.v. bolus dose) in tumor-bearing Fisher 344 rats, followed by whole-body-imaging (0-10 days) and blood sampling (0-48 hours). The fluorescence was detected by In Vivo Imaging System (IVIS). No fluorescence from TPCS2a was detected in the blood samples from Fisher 344 rats post 6 days, but the photosensitizer was still observed in the head region. Thus, the project has contributed the description of in vitro and in vivo properties of TPCS2a, and the results are relevant for the development of PDT treatment for human glioblastoma patients.