title: Polymeric Photosensitizer Nanocomplex Encapsulated T-lymphocyte Delivery System for Photodynamic Therapy of Cancer
title: Die Einschleusung von mTHPP (als mTHPP Nanocomplex) in T-Lymphozyten zur photodynamischen Krebstherapie
Creators: name: Momin, Mohammad Yahya
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: mTHPC , Wasserlöslichkeit
mTHPP
fluorescence
cancer
Krebs
mTHPC , photoimmunotherapy
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Phototherapie

description: mTHPP or 5,10,15,20-Tetrakis
      (3-hydroxyphenyl) porphyrine is a best suited model
      anticancer drug for mTHPC or m-tetra (hydroxy) phenyl chlorin
      which is used as a second generation photosensitizer in
      photodynamic therapy (Chatterjee et al, 2008). Though, mTHPP
      is an effective anticancer drug, suffers from
      biopharmaceutical and physiological limitations. The problem
      pertaining to formulation development arises due to very low
      aqueous solubility (Konan et al, 2002) and tendency of mTHPP
      to accumulate in cell membrane from where it slowly releases
      and degrades (Ochsner et al, 1997). These hurdles can be
      effectively circumvented by designing nanoparticles but
      targeting cancerous cells through these nanocarriers still
      remains a major challenge. Due to presence of T cell
      receptors on cancerous cells, they acquire the ability to
      recognise and attack cancerous cells and make a tumor
      targeting autoimmune machinery. This autoimmune mechanism can
      be exploited to develop an immune cell (T cell) based
      delivery system by loading mTHPP (as nanocomplex) into T
      cells. Such safe homing of mTHPP into T cell is capable of
      selective delivery and targeting cancer cells as well as
      avoiding numerous side effects associated with mTHPP while
      present in blood. mTHPP binds with each polymer viz,
      polystyrene sulphonate Na, polyvinylpyrrolidone and Chitosan
      hydrochloride (Protasan®) through non-covalent bondings.
      These physical bonds are weak therefore facilitates release
      of drug. Interestingly, these nanocomplexes also possess
      fluorescence, thus acting as an ideal carrier for mTHPP for
      photodynamic therapy. Polymeric nanocomplexes of mTHPP (PNC)
      are internalized into Jurkat cell (JC) by electroporation
      because this is simple, time saving and economic method of
      intracellular delivery. PNC loaded JCs form an immune cell
      based delivery system which is intended to be administered
      directly into blood following identification and binding with
      cancer cells. Exposure of cancer affected area with suitable
      wavelength of light leads to excitation of PNC and generation
      of ROS (Reactive oxygen species) which kill surrounding
      cancer cells including Jurkat cells. PNC were characterized
      by UV spectroscopy to confirm formation of mTHPP-polymer NC
      while keeping fluorescence property intact which is
      prerequisite for photodynamic activity. Characterization by
      AFM revealed morphology and particle size of PNC between
      10-80 nm which is smaller enough for effective intracellular
      delivery. Analytical methods by UV and fluorescence
      spectroscopies were developed for quantification of mTHPP.
      Thus, a proof of concept was designed pertaining to
      enhancement of aqueous solubility of mTHPC by complexation
      with different polymers and development of its T lymphocyte
      based delivery system for photoimmunotherapy of cancer using
      mTHPP as a model drug for mTHPC and JCs as model cell for T
      lymphocytes respectively.
description: Eine geeignete Modellsubstanz für
      mTHPC (m-tetra (Hydroxy) phenyl Chlorin) als
      Antikrebsmedikament stellt mTHPP oder
      5,10,15,20-Tetrakis-(3-hydroxyphenyl) Porphyrin dar. Die
      Substanz mTHPP ist ein hocheffektives Medikament, jedoch
      weist es biopharmazeutische und physiologische Grenzen auf.
      Aufgrund der geringen Wasserlöslichkeit ist die Formulierung
      von mTHPP eine große Herausforderung. Desweiteren hat mTHPP
      die Tendenz sich in der Zellmembran anzureichern, was zu
      einer erhöhten Gewebetoxizität führt. Durch die Verpackung
      von mTHPP in Nanopartikel können diese Probleme effektiv
      gelöst werden, jedoch ist die gezielte Zerstörung von
      Krebszellen durch Nanocarrier eine große Schwierigkeit.
      T-Lymphozyten sind in der Lage Krebszellen zu identifizieren
      und zu attackieren. Durch vorhandene T-Zell-Rezeptoren auf
      den Krebszellen erwerben sie die Fähigkeit, Krebszellen zu
      erkennen, anzugreifen und eine „Tumor Autoimmune machinery“
      zu bilden. Durch die Einschleusung von mTHPP (als mTHPP
      Nanocomplex) in T-Lymphozyten wird ein „immune cell based
      delivery system“ erzeugt. Ein solches System kann Krebszellen
      selektiv auswählen und mTHPP übertragen. mTHPP bindet durch
      nicht-kovalente Bindungen an folgenden Polymere:
      Polystyrolsulfonat-Na, Polyvinylpyrrolidone und Chitosan HCl
      (Protasan®). Diese physikalischen Bindungen sind schwach und
      erleichtern somit die Freisetzung von mTHPP.
      Interessanterweise besitzen diese Nanokomplexe auch eine
      photodynamische Aktivität. Somit stellen sie ideale „Carrier“
      für mTHPP zur photodynamischen Therapie dar. Polymer-mTHPP
      Nanokomplexe werden durch Elektroporation in Jurkat-Zellen
      (JZ) eingeschleust, da dies ist eine einfache, kosten und
      zeitsparende Methode ist. Da PNC geladene JZs ein auf
      Immunzellen basierendes Transportsystem bilden, können sie
      durch eine direkte Verabreichung im Blut, Krebszellen
      identifizieren und dran binden. Der von Krebs betroffene
      Bereich wird mit einer bestimmten Wellenlänge des Lichts
      angeregt, was zu einer Anregung von PNC führt. Dies wiederum
      führt zu Erzeugung von ROS (Reaktive Sauerstoffspezies), die
      die umgebenen Krebszellen einschließlich der Jurkat-Zellen
      abtötet. PNC wurden durch UV-Spektroskopie charakterisiert um
      die Bildung von mTHPP-Polymer-NC zu bestätigen und um die
      Fluoreszenzeigenschaft zu charakterisieren, da dies die
      Voraussetzung für eine photodynamische Aktivität ist. Die
      Charakterisierung mittels AFM zeigte die Morphologie sowie
      die PNC Teilchengröße zwischen 10-80 nm. Solche kleinen
      Größen von Nanopartikeln sind geeignet, um in T-Lymphozyten
      aufgenommen zu werden. Außerdem wurden UV und-
      Fluoreszenz-Spektroskopie zur Quantifizierung von mTHPP
      genutzt. So konnte ein Beweis des Konzeptes erbracht werden,
      die Wasserlöslichkeit von mTHPC durch die Komplexbildung mit
      unterschiedlichen Polymeren zu verbessen. Ebenso wurde ein
      „T-Lymphocyte based delivery system“ für die Phototherapie
      gegen Krebs entwickelt. Die Substanz mTHPP diente als Model
      für mTHPC und Jurkat-Zellen wurden als T-Lymphozyten
      eingesetzt.