Влияние амфифильных полимеров на фотодинамическую активность метиленового синего и бенгальского розового в экспериментах in vitro

, , , , , , , ,
https://doi.org/10.58224/2619-0575-2025-8-4-5
Цели: исследовать влияние амфифильных полимеров на темновую и фотоиндуцированную токсичность красителей с фотосенсибилизирующими свойствами – метиленового синего (МС) и бенгальского розового (БР)) в экспериментах in vitro.
Методы. Экспериментыin vitro проведены на клетках карциномы легкого человека А549 и на культурах грамотрицательных (синегнойная палочка) и грамположительных (золотистый стафиллокок) бактериальных клеток с использованием фототерапевтического светодиода с длиной волны λ = 530 нм (в случае БР) или λ = 660 нм (в случае МС).
Результаты. Показано, что амфифильные полимеры (плюроник F-108 и поли-N-винилпирролидон) усиливают темновую и фотоиндуцированную токсичность красителей. Также показано, что МС проявляет большую активность (по сравнению с БР) в процессах фотодинамической инактивации грамотрицательных бактерий, а БР (по сравнению с МС) – в инактивации грамположительных бактерий.
Выводы. МС в комплексе с амфифильными полимерами является потенциальным препаратом выбора как для фотодинамической терапии (ФДТ) онкологических заболеваний, так и для антибактериальной ФДТ в отношении грамотрицательных бактерий. В то же время системы на основе БР являются перспективными при разработке препаратов для антибактериальной ФДТ в отношении грамположительных бактерий.
Ключевые слова:
метиленовый синий, бенгальский розовый, амфифильные полимеры, токсичность, фотодинамическая терапия
Аксенова Н.А.
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук; Институт регенеративной медицины, Сеченовский Университет
Курьянова А.С.
Кандидат химических наук, младший научный сотрудник, Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук
Кардумян В.В.
Кандидат химических наук, научный сотрудник, Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук
Копылов А.С.
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук
Шершнев И.В.
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук
Бирюков М.В.
Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Научно-технологический университет «Сириус»
Мехтиев А.Р.
Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича Минздрава России
Тимашев П.С.
Доктор химических наук, директор Института регенеративной медицины, Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук; Институт регенеративной медицины, Сеченовский Университет; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Соловьева А.Б.
Доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник, Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук
1. Dai T., Huang Ying-Ying, Hamblin M.R. Photodynamic therapy for localized infections – State of the art // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2009. Vol. 6. P. 170 – 188.
2. Pérez C., Zúñiga T., Palavecino C.E. Photodynamic therapy for treatment of Staphylococcus aureus infections // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2021. Vol. 34. P. 102285.
3. Kharkwal G.B. Sharma S.K., Huang Ying-Ying, Dai T., Hamblin M.R. Photodynamic therapy for infections: clinical applications // Lasers in Surgery and Medicine. 2011. Vol. 43 (7). P. 755 – 767.
4. Nesi-Reis V., Lera-Nonose D.S.S.L., Oyama J., Silva-Lalucci M.P.P, Demarchi I.G., Aristides S.M.A., Teixeira J.J.V., Silveira T.G.V., Lonardoni M.V.C. Contribution of photodynamic therapy in wound healing: A systematic review // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2018. Vol. 21. P. 294 – 305.
5. Solovieva A.B., Rudenko T.G., Shekhter A.B., Glagolev N.N., Spokoinyi A.L., Fayzullin A.L., Aksenova N.A., Shpichka A.I., Kardumyan V.V., Timashev P.S. Broad-spectrum antibacterial and pro-regenerative effects of photoactivated Photodithazine-Pluronic F127-Chitosan polymer system: in vivo study // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2020. Vol. 210. P. 111954.
6. Clayton T.H., Harrison P.V. Photodynamic therapy for infected leg ulcers // British Journal of Dermatology. 2007. Vol. 156 (2). P. 384 – 385.
7. Hirose M., Yoshida Y., Horii K., Hasegawa Y., Shibuya Y. Efficacy of antimicrobial photodynamic therapy with Rose Bengal and blue light against cariogenic bacteria // Archives of Oral Biology. 2021. Vol. 122. P. 105024.
8. Seeger M.G., Ries A.S., Gressler L.T., Botton S.A., Iglesias B.A., Cargnelutti J.F. In vitro antimicrobial photodynamic therapy using tetra-cationic porphyrins against multidrug-resistant bacteria isolated from canine otitis // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2020. Vol. 32. P. 101982.
9. O’Day R.F., Pejnovic T.M., Isaacs T., Muecke J.S, Glasson W.J., Campbell W.G. Australian and New Zealand study of photodynamic therapy in choroidal amelanotic melanoma // Retina. 2020. Vol. 40(5). P. 972 – 976.
10. Mironov A.F., Zhdanova K.A., Bragina N.A. Nanosized vehicles for delivery of photosensitizers in photodynamic diagnosis and therapy of cancer // Russian Chemical Reviews. 2018. Vol. 87(9). P. 859 – 881.
11. Hamblin M.R. Potentiation of antimicrobial photodynamic inactivation by inorganic salts // Expert Review of Anti-infective Therapy. 2017. Vol. 15(11). P. 105 – 1069.
12. Celli J.P., Spring B.Q., Rizvi I., Evans C.L., Samkoe K.S., Verma S., Pogue B.W., Hasan T. Imaging and Photodynamic Therapy: Mechanisms, Monitoring, and Optimization // Chemical Reviews. 2010. Vol. 110 (5). P. 2795 – 2838.
13. Fujii J., Soma Y., Matsuda Y. Biological Action of Singlet Molecular Oxygen from the Standpoint of Cell Signaling, Injury and Death // Molecules. 2023. Vol. 28 (10). P. 4085.
14. Jomova K., Raptova R., Alomar S.Y., Alwasel S.H., Nepovimova E., Kuca K., Valko M. Reactive oxygen species, toxicity, oxidative stress, and antioxidants: chronic diseases and aging // Archives of Toxicology. 2023. Vol. 97 (10). P. 2499 – 2574.
15. Steinbauer J.M., Schreml S., Kohl E.A., Karrer S., Landthaler M., Szeimies R.M. Photodynamic therapy in dermatology // Journal der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft. 2010. Vol. 8 (6). P. 454 – 464.
16. Garg A.D., Bose M., Ahmed M.I., Bonass W.A., Wood S.R. In Vitro Studies on Erythrosine-Based Photodynamic Therapy of Malignant and Pre-Malignant Oral Epithelial Cells // PLoS One. 2012. Vol. 7 (4). e34475.
17. Garg A.D., Agostinis P. ER stress, autophagy and immunogenic cell death in photodynamic therapy-induced anti-cancer immune responses // Photochemical and Photobiological Sciences. 2014. Vol. 13(3). P. 474 – 487.
18. Allison R.R, Sibata C.H. Oncologic photodynamic therapy photosensitizers: a clinical review // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2010. Vol. 7. P. 61 – 75.
19. Almeida Issa M.C., Piñeiro-Maceira J., Farias R.E., Pureza M., Raggio Luiz R., Manela-Azulay M. Im-munohistochemical expression of matrix metalloproteinases in photodamaged skin by photodynamic therapy // British Journal of Dermatology. 2009. Vol. 161(3). P. 647 – 653.
20. M.S. Baptista, J. Cadet, P. Di Mascio, A.A. Ghogare, A. Greer, M.R. Hamblin, C. Lorente, S.C. Nunez, M.S. Ribeiro, A.H. Thomas, M. Vignoni, T.M. Yoshimura. Type I and type II photosensitized oxidation reactions: guidelines and mechanistic pathways // Photochemistry and Photobiology. 2017 Vol. 93(4). P. 912 – 919.
21. Ghorbani J., Rahban D., Aghamiri S., Teymouri A., Bahador A. Photosensitizers in antibacterial photodynamic therapy: an overview // Laser Therapy. 2018. Vol. 27(4). P. 293 – 302.
22. Di Stasio D., Romano A., Russo D., Fiori F., Laino L., Caponio V.C.A., Troiano G., Muzio L.L., Serpico R., Lucchese A. Photodynamic therapy using topical toluidine blue for the treatment of oral leukoplakia: A prospective case series // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2020. Vol. 31. P. 101888.
23. Vanerio N., Stijnen M., de Mol B.A.J.M, Kock L.M. Biomedical Applications of Photo- and Sono-Activated Rose Bengal: A Review // Photobiomodulation, Photomedicine, and Laser Surgery. 2019. Vol. 37. P. 383 – 394.
24. Santezi C., Reina B.D., Dovigo L.N. Curcumin- mediated Photodynamic Therapy for the treatment of oral infections—A review // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2018. Vol. 21. P. 409 – 415.
25. Jendželovská Z., Jendželovský R., Kuchárová B., Fedoročko P. Hypericin in the Light and in the Dark: Two Sides of the Same Coin // Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. P. 560.
26. Aksenova N.A., Zhientaev T.M., Brilkina A.A., Dubasova L.V., Ivanov A.V., Timashev P.S., Melik-Nubarov N.S., Solovieva A.B. Polymers as enhancers of photodynamic activity of chlorin photosensitizers for photodynamic therapy // Photonics & Lasers in Medicine. 2013. Vol. 2(3). P. 189 – 198.
27. Xu J., Bonneviot L., Guari Y., Monnereau C., Zhang K., Poater A., Rodríguez-Pizarro M., Albela B. Matrix Effect on Singlet Oxygen Generation Using Methylene Blue as Photosensitizer // Inorganics. 2024. Vol. 12. P. 155.
28. Yu Y., Liu Y., Chen Y., Chen J., Feng G., Tang B.Z. Cationic AIE-active photosensitizers for highly efficient photodynamic eradication of drug-resistant bacteria // Mater. Chem. Front. 2023. Vol. 7. P. 96 – 105.
29. Tegos G.P., Demidova T.N., Arcila-Lopez D., Lee H., Wharton T., Gali H., Hamblin M.R.. Cationic fullerenes are effective and selective antimicrobial photosensitizers // Chemistry & Biology. 2005. Vol. 12(10). P. 1127 – 1135.
30. George S., Hamblin M.R., Kishen A.. Uptake pathways of anionic and cationic photosensitizers into bacteria // Photochemical & Photobiological Sciences. 2009. Vol. 8. P.788 – 795.
31. Kardumyan V.V., Kuryanova A.S., Chernyak A.V., Aksenova N.A., Biryukov M.V., Glagolev N.N., Solovieva A.B. Effect of hyaluronic acid on the activity of methylene blue in photogeneration of 1O2. // Molecules. 2024. Vol. 29. P. 5336.
32. Kardumyan V., Kuryanova A., Fayzullin A., Krivandin A., Mekhtiev A., Aksenova N., Shatalova O., Timoshenko O., Dalina A., Khristidis Y., Huang R-L., Li Q., Timashev P., Solovieva A. Effect of amphiphilic polymers on the photodynamic activity of rose bengal in vitro and in vivo conditions // Laser Physics. 2025. Vol. 35. P. 015601.
33. Korrodi-Gregório L, Soto-Cerrato V, Vitorino R, Fardilha M, Pérez-Tomás R. From Proteomic Analysis to Potential Therapeutic Targets: Functional Profile of Two Lung Cancer Cell Lines, A549 and SW900, Widely Studied in Pre-Clinical Research // PLoS ONE. 2016. Vol. 11. e0165973.
34. Cooper J.R., Abdullatif M.B., Burnett E.C., Kempsell K.E., Conforti F., Tolley H., Collins J.E., Davies D.E. Long Term Culture of the A549 Cancer Cell Line Promotes Multilamellar Body Formation and Differentiation towards an Alveolar Type II Pneumocyte Phenotype // PLoS ONE. 2016. Vol 11. e0164438.
35. Langthaler S., Rienmüller T., Scheruebel S., Pelzmann B., Shrestha N., Zorn-Pauly K., Schreibmayer W., Koff A., Baumgartner C. A549 in-silico 1.0: A first computational model to simulate cell cycle dependent ion current modulation in the human lung adenocarcinoma // PLoS Comput Biol. 2021. Vol. 17. e1009091.
36. Mousavi S.H., Tavakkol-Afshari J., Brook A., Jafari-Anarkooli I. Direct toxicity of Rose Bengal in MCF-7 cell line: Role of apoptosis // Food and Chemical Toxicology. 2009. Vol. 47. P. 855 – 859.
37. da Veiga Moreira J., Nleme N., Schwartz L., Leclerc-Desaulniers K., Carmona E., Mes-Masson A.M., Jolicoeur M. Methylene blue metabolic therapy restrains in vivo ovarian tumor growth // Cancers. 2024. Vol. 16. P. 355.
38. Batrakova E.V., Dorodnych T.Y., Klinskii E.Y., Kliushnenkova E.N., Shemchukova O.B., Goncharova O.N., Arjakov S.A., Alakhov V.Y., Kabanov A.V. Anthracycline antibiotics non-covalently incorporated into the block copolymer micelles: in vivo evaluation of anti-cancer activity // British Journal of Cancer. 1996. Vol. 74. P. 1545 – 1552.
39. Rudenko T.G., Shekhter A.B., Guller A.E., Aksenova N.A., Glagolev N.N., Ivanov A.V., Aboyants R.K., Kotova S.L., Solovieva A.B. Specific features of early stage of the wound healing process occurring against the background of photodynamic therapy using fotoditazin photosensitizer-amphiphilic polymer complexes // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2014. Vol. 90. P. 1413 – 1422.
40. Kuryanova A.S., Savko M.A., Kaplin V.S., Aksenova N.A., Timofeeva V.A., Chernyak A.V., Glagolev N.N., Timashev P.S., Solovieva A.B. Effect of Amphiphilic Polymers on the Activity of Rose Bengal during the Photooxidation of Tryptophan in an Aqueous Medium // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2022. Vol. 96. P. 1106 – 1111.
41. Pominova D.V., Ryabova A.V., Romanishkin I.D., Markova I.V., Akhlustina E. V., Skobeltsin A.S. Spectroscopic study of methylene blue photophysical properties in biological media // Biomedical Photonics. 2023. Vol. 12(2). P. 34 – 47.
42. Kim S., Jo S., Kim M.S., Shin D.H. A study of Rose Bengal against a 2-keto-3-deoxy-d-manno-octulosonate cytidylyltransferase as an antibiotic candidate // Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. 2020. Vol. 35(1). P. 1414 – 1421.
43. Ergaieg K., Seux R. A comparative study of the photoinactivation of bacteria by meso-substituted cationic porphyrin, rose Bengal and methylene blue // Desalination. 2009. Vol. 246. P. 353 – 362.
Аксенова Н.А., Курьянова А.С., Кардумян В.В., Копылов А.С., Шершнев И.В., Бирюков М.В., Мехтиев А.Р., Тимашев П.С., Соловьева А.Б. Влияние амфифильных полимеров на фотодина-мическую активность метиленового синего и бенгальского розового в экспериментах in vitro // Chemical Bulletin. 2025. Том 8. № 4. 5. https://doi.org/10.58224/2619-0575-2025-8-4-5