Осветительная установка для определения эффективности действия фотосенсибилизаторов в отношении клеточных культур на основе светодиодов высокой мощности

Разработка лекарственных препаратов включает в себя оценку действия новых соединений на культуры клеток. Для некоторых соединений при такой оценке предполагается дополнительное воздействие на клетки, например, освещение. Целью настоящей работы является создание установки для равномерного облучения клеточных культур в планшетах и определения эффективности новых фотосенсибилизаторов (Фс). Разработанная схема установки позволяет равномерно освещать 96-луночный планшет с облученностью до 76 мВт/см2, при этом значения температуры не превышают 43°C, что позволяет использовать ее для активации Фс. Для апробации рабочих режимов установки в качестве модельного объекта использовали цинковый фталоцианин с холиниловыми заместителями (холосенс) и клеточные культуры HEK-293 или A431. Были определены зависимости выживаемости клеток от времени облучения и концентрации Фс, а также получены изображения флуоресценции химической ловушки активных форм кислорода в клетках, испытывающих окислительный стресс вследствие фотодинамического эффекта Фс. Полученные результаты свидетельствуют о более чем двукратном различии выживаемости между клетками в экспериментальных и контрольных лунках, а также о равномерном освещении всех лунок планшета.

1. Gong L., Zhang Y., Liu C., Zhang M., Han S. Application of radiosensitizers in cancer radiotherapy. Int. J. Nanomed. 2021;16:1083–102.

2. Tilsed C.M., Fisher S.A., Nowak A.K., Lake R.A., Lesterhuis W.J. Cancer chemotherapy: insights into cellular and tumor microenvironmental mechanisms of action. Front. Oncol. 2022;12:960317.

3. Wyld L., Audisio R.A., Poston G.J. The evolution of cancer surgery and future perspectives. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2015;12(2):115–124.

4. Macdonald I.J., Dougherty T.J. Basic principles of photodynamic therapy. J. Porphyr. Phthalocyanines. 2001;05(02):105–129.

5. Mang T. S. Lasers and light sources for PDT: past, present and future. Photodiagnosis Photodyn. 2004;1(1):43–48.

6. Algorri J. F., Ochoa M., Roldán-Varona P., Rodríguez-Cobo L., López-Higuera J. M. Light technology for efficient and effective photodynamic therapy: a critical review. Cancers. 2021;13(14):3484.

7. Dong Y., Zhou G., Chen J., Shen L., Jianxin Z., Xu Q., Zhu Y. A new LED device used for photodynamic therapy in treatment of moderate to severe acne vulgaris. Photodiagnosis Photodyn. 2016;13:188–195.

8. Attili S. K., Lesar A., McNeill A., CamachoLopez M., Moseley H., Ibbotson S., et al. An open pilot study of ambulatory photodynamic therapy using a wearablelow-irradiance organic light-emitting diode light source in the treatment of nonmelanoma skin cancer. Br. J. Dermatol. 2009;161(1):170–173.

9. Hatakeyama T., Murayama Y., Komatsu S., Shiozaki A., Kuriu Y., Ikoma H., Nakanishi M., Ichikawa D., Fujiwara H., Okamoto K., Ochiai T., Kokuba Y., Inoue K., Nakajima M., Otsuji E. Efficacy of 5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy using light-emitting diodes in human colon cancer cells. Oncol. Rep. 2013;29(3):911–916.

10. Schmidt M.H., Bajic D.M., Reichert K.W., Martin T.S., Meyer G.A., Whelan H.T. Light-emitting diodes as a light source for intraoperative photodynamic therapy. Neurosurgery. 1996;38(3):552–557.

11. Szeimies R.M., Matheson R.T., Davis S.A., Bhatia A.C., Frambach Y., Klövekorn W., Fesq H., Berking C., Reifenberger J., Thaçi D. Topical methyl aminolevulinate photodynamic therapy using red light-emitting diode light for multiple actinic keratoses: a randomized study. Dermatol. Surg. 2009;35(4):586–592.

12. Lucky S.S., Soo K.C., Zhang Y. Nanoparticles in photodynamic therapy. Chem. Rev. 2015;115(4):1990–2042.

13. Moret F., Reddi E. Strategies for optimizing the delivery to tumors of macrocyclic photosensitizers used in photodynamic therapy (PDT). J. Porphyr. Phthalocyanines. 2017;21(04–06):239–256.

14. Pieslinger A., Plaetzer K., Oberdanner C.B., Berlanda J., Mair H., Krammer B., Kiesslich T. Characterization of a simple and homogeneous irradiation device based on light-emitting diodes: a possible low-cost supplement to conventional light sources for photodynamic treatment. Med. Laser Appl. 2006;21(4):277–283.

15. Chen D., Zheng H., Huang Z., Lin H., Ke Z., Xie S., Li B. Light-emitting diode-based illumination system for in vitro photodynamic therapy. Int. J. Photoenergy. 2012;2012(1): 920671.

16. Bajgar R., Pola M., Hosik J., Turjanica P., Cengery J., Kolarova H. New planar light source for the induction and monitoring of photodynamic processes in vitro. J. Biol. Phys. 2020;46(1):121–131.

17. Di Veroli G. Y., Fornari C., Goldlust I., Mills G., Koh S.B., Bramhall J.L., Richards F.M., Jodrell D.I. An automated fitting procedure and software for dose-response curves with multiphasic features. Sci. Rep. 2015;5(1):14701.

18. Kassis S., Grondin M., Averill-Bates D.A. Heat shock increases levels of reactive oxygen species, autophagy and apoptosis. BBA-Mol. Cell. Res. 2021;1868(3):118924.

19. Sobotta L., Skupin-Mrugalska P., Piskorz J., Mielcarek J. Porphyrinoid photosensitizers mediated photodynamic inactivation against bacteria. Eur. J. Med. Chem. 2019;175:72–106.

20. Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011;144(5):646–674.

21. Nowis D., Makowski M., Stokłosa T., Legat M., Issat T., Gołab J. Direct tumor damage mechanisms of photodynamic therapy. Acta. Biochim. Pol. 2005;52(2):339–352.