Фотопревращения порфириновых молекул: спектроскопические исследования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ШИЗИКИ ЛИТОВСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи РОТОМСКЕНЕ ЮРГИТА ВИТАУТОВНА

УДК 643.42:541.144

ФОТОПРЕВРАЩЕНИЯ ПОРФИРИНОВЫХ МОЛЕКУЛ: СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ВИЛЬНЮС -1991

Работа выполнена на кафедре Квантовой электронику Вита» шппского университета.

Нзучиьй руководитель: локтор Физико-математических наук,

профессор А.Окскарскас

Офнииашиие оппоненты: локтор физико-математических наук.

академик АН БССР, профессор Г. П. Гурииович локтор химических наук, профессор . Л. Китче

Ведущая организация: Институт физики АН Эстонии

-14

Зажита состоится "

.часов на засела:

заселении специализированного совета т

мал

1991 гола

присуждению ученой степени кандидата наук

С диссертацией можно ознакомиться в университета.

Автореферат разослан " /Л._

библиоте»

1991 г.

11«пый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических

наук

Процессы фотопреврьщения сенсибилизаторов являются одними из возможных промежуточных звеньев в механизме сенсибилизированной деструкции клеток. До сих ттор не существует единого понимания Фотохимических реакций, протекающих при использовании порфиринов в Фотодинамической терапии рака СФДТЗ. Общие принципы фотосенсибилизированной деструкции биологического субстрата показывают, что наиболее вероятным является путь разрушения через синглетный кислород и эффективность сенсибилизаторов должна обуславливаться большим квантовым выходом триплетного состояния красителей. Но экспериментальные работы показывают, что в клетках эффективно накапливаются тяжелые фракции используемых порфириновых препаратов, например, производное гематопорфирина СПГПЭ, в которых олигомерные фракции образуют Физические агрегаты CAndreoni and Cubeddu, 1984Э. Хорошо известно, что ai— регированные молекулы порфирина имеют низкий квантовый выход триплетного состояния и тем самым генерации синглетного кислорода, являющегося основным деструктором биомолекул. Лекарственный препарат - ПГП имеет в десять раз меньший квантовый выход триплетного состояния по сравнению с мономерным гематопорфирином CKeene et al., 19865. И хотя показано, что деструкция клеток ir» vitro наиболее эффективна при сенсибилизации мономерными молекулами порфиринов tito and Ito, 1984Э, в ФДТ лучший эффект проявляют именно агрегаты CKessel, 198SJ. Таким образом создается определенное противоречие в объяснении механизма деструктивного действия порфиринов. Ввиду отсутствия модели механизма сенсиби-лизированн й красителями деструкции опухолей и эффективных лекарственных препаратов, изучение влияния агрегации на фотопроцессы порфиринов является вахным и актуальным.

Способность порфиринов фотомодифипироваться известна уже навно СКрасновский, 194Ш и эти процессы, протекаюпие при взаимо-нействии молекул со светом, могут играть важную роль в механизме :енсибилизированной деструкции клеток. Для выяснения процессов Ютосенсибилизации, необходимы исследования взаимодействия света с порФиринами в условиях приближенных к клеточным, т.е.. в юдных растворах. Такие исследования затруднены ввиду агрегации

ГП и ПГП d этих растворах. Также следует добавить, что агрегация является одним из важнейших Факторов, обуславливающих эффективность молекул при сенсибилизации и тоже требует детального исследования.

Для выяснения механизма фотодияаютческого действия и поиска наиболее эффективных препаратов при лечении раковых заболеваний, целью настоящей работы поставлено: изучение первичных стадий фотофизических процессов сенсибилизации; исследование взаимодействия пигментов порфириновой природы со светом и влияния окружающей среды на фотофизические и Фотохимические параметры порФмринов, применяемых в фотодинамической терапии опухолевых заболеваний. В задачи исследования входило:

1. Идентификация и исследование активных в ФДТ разных форм ПГП на основе спектрально-хроматографичесхих пзходов.

2. Изучение Фотоноди£ккаций порфиргатов при в заниодействии с излучением источников света, применяемых в ФДТ и в окружающей среде приближенной к in vivo.

3. Исследование фотореакций формирования продуктов ГП и ВГП. и установление структуры эти: фототгродуктов.

4. На основе полученных экспериментальных данных определить возможность включения процесса фотомодификаций порфиринов в сбсг'^з схому Фотод*1>:ас.ичес1:ого действия и влияния фотомодифици-рованн^гг порфириноз иа эффективность В ФДТ.

Й2Н2 •

На основе спектрально-хроматограФических данных при исследовании взая^юдействия сенсибилизаторов со светом в видимом диапазона, показано, что параметры окружаюкэй среды, структурное строение молекул порфиринов и их агрегация полются предпосылкой возникновения ФотомодиФикаций.

2. Получены спектральные параметры физических агрегатов и ковалентно-ссязанных олигокеров ПГП в водных растворах.

г• Экспериментально доказано, что в водных растворах ГП и ПГП при облучснин te: светом имеют место две Фотореакшги, в одной из которых Формируются Фотопродукты Схлориноподобные молекулы} в процессе гидрирозакия одной или двух двойных связей ттир-

рольных колеи без разрушения основного макроцикпа порфирииа, в другой формируется Фотопродукт при деструкции основного макроцикла порфирииа.

3. Установлено, что фотопродукты хлориновой природы Формируются из физических агрегатов, одновременно протекает и реакция фотоокислекия тторфиргагав.

4. Показано, что «атионные Формы ПГП из-за равномерного распределения электронного облака по макроциклу являются фотостабильными, аноионные - Фотохимически неустойчивы.

5. Предложена модель механизма фотосенсибилизированной ПГП деструкции клеток, на основе первичных Фотохимических реакций молекул порфирииа.

Изложенный в диссертации материал позволяет Формулировать критерии поиска новых эффективных фотосенсибилизаторов, применяемых в фотодинамической терапии опухолевых заболеваний, и определять оптимальный, режим облучения опухолей в клинике.

Предложена модель механизма фотосенсибилизированной деструкции клеток включающей образование Фотопродуктов. На основе этой i-юдели в Научно-исследовательском институте Онкологии изучается возможность увеличения фотодинамической эффективности при предварительной обработке светом лекарственных препаратов.

Апробация Еаботы. Материалы диссертации доложены и обсуж-

г

лены lia Международной конференции по лазерной спектроскопии рассеивания в биологических объектах, Прага, 1986, VIII Республиканской конференции "Исследования в области спектроскопии и квантовой электроники", Вильнюс, 1987, II конгрессе . Европейского общества ФотобиолоГов, Падуа, 1S07, XIII Международной конФе-пенции по Фотохимии, Будапешт, 1987, IV Международной школе по применению лазеров а атомной, молекулярной и ядерной Физике, Вильнюс, 1687, XIII Мездународной конференции по когерентной и нелинейной оптике, Минск, 1988, Международном совещании "Динамика и активность биологических макромолекул: лазерный и компьютерный эксперимент", Ереван, 1Q88, I, II и III Республиканских школ-семинаров "Методы лазерной биофизики и их применение в медицине", Тарту, 1S88, 1989, 1990, Международном сумпозиугк "При-

менение лазеров в хирургии и медицине", Самарканд, 1988, Всесоюзном симпозиуме "Медико-биологические аспекты изучения и применения порфиринов", Таллинн, 1889, IV конгрессе Европейского обюэства'Фотобиологов, Будапешт, 1989, Международной конференции по Фотодинамивеской терапии, София, 1989, Координационном семинаре ЧСР-СССР, Кошице-Прага, 1990, V Международной школе "ISLA'90", Вильнюс, 1990.

Основные положения диссертации опубликованы в 89 научных работах.

Обьем_и_ст£уктхЕ5_Е5®91У- Диссертация написана на русском языке, изложена на.125 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, 5 параграфов собственных исследований, заключения, выводов. Работа содержит-4 таблицы и 24 рисунка. Список литературы включает 149 источников.

1. В процессе взаимодействия непрерывного и импульсного лазерного излучения Сдозами и интенсивностью применяемыми в ФДТЭ в области от 490 до 630 нм с пигментами порфнриновой природы такими как гематопорфирин и производное гематопорфирина протекают две Фотореакции: 15 формирование из физических агрегатов Фотопродуктов без разрыва основного макроцикла порФирина, 23 Фо-тоокислениз порфиринов в следствии которого юкроцикл открывается. . ,

2. Иа основе анализа спектральных характеристик хромато-граончески вылзленных Фотопродуктов доказано, что два Фотопродукта с длинноволновыми полосами логлогашш около 64Q и C6S нм являются молоку л ai-at хлоринозоЯ приррды.

3. При взаимодействии коноанионных форм ПГП с квантом света разрушаются двойные связи пиррольных колец порфиринового макроиикла. а катионныэ формы из-за равномерного распределения электронного'облака по макроциклу фотохимически устойчивы.

4.. факт, что агрегатные формы ГП и ПГП в водных растворах модифицируются в Фотопродукты с интенсивной длинноволновой полосой поглощения около 640 нм и большим квантовым выходом генера-пии синглетного кислорода, указывает на необходимость включения процесса ФототрансФормации порфиринов как промежуточного эвена в

модель первичных актов, протекающих при фотосенсибилизации клеток порфир инами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

сформулирована цель диссертационной работы, обоснованы степень новизны и практическая ценность результатов проведенных исследований. Охарактеризована 1 тзможность исследования фотомодификаиий сенсибилизаторов порфиринсвой природы с точки зрения понимания механизмов Фотодинамической терапии.

Глава_1. Посвящена обзору литературы о строении и спектральных свойствах порфириновых молекул. Рассмотрены фотофизические и Фотохимические процессы деструкции биологического субстрата сенсибилизированной красителями порфириновой природы. Обсуждаются данные по Фотовосстановлению и ФотоокиОпению порфи-ринов, отмечается, что эти результаты не могут однозначно описать процессы, протекающие в биологических объектах.

Во_вто£ой_главе диссертации описаны методики экспериментальных измерений, представлены препараты. Изложены методы измерения дифференциальных спектров поглощения, при изменении температуры исследуемых растворов, описаны экспериментальные установки, с помопъьэ которых достигались разные условия облучения растворов с препаратами. Описаны методики моделирования полос поглощения и дифференциальных спектров, регистрируемых при разных температурах и концентрациях, методика тонкослойной хроматографии. {

В_третьей_главе изложены экспериментальные результаты.

Для выяснения процесса агрегации и выявления спектральных форм присутствующих в водных растворах, проводились температурные исследования изменений спектров поглощения при разных концентрациях ПГП. При высоких концентрациях С С ■ 1,3 10~амоль/'л> ЛГП в буферном растворе увеличение температуры приводит к сдвигу полосы Соре в длинноволновую область. В дифференциальном спектре поглощения этот процесс проявляется появлением полосы поглощения СХ ■ 395 нм> и выцветанием полосы с максимумом при

X - 357 Соотношгние кнтенсивностей этих полос К___» 1,0.

Эти изменения обратимы.

В дифференциальном спектре поглощения десятикратно разбавленных растворов ПГП СС « 10'" моль-МО при повышении темпе-

ратуры наблюдается несколько иная картина. Появляющаяся полоса поглощения сдвинута в длинноволновую область до 400 ни, а соотношение интенсивностей К = 0,7. В этом случае процесс не

400/360

полностью обратим.

Полученный результат можно интерпретировать как проявление трех спектральных форм ПГП в водных растворах. При низких концентрациях появляющаяся полоса с максимумом при 400 нм соответствует поглощению мономеров, а при высоких концентрациях полоса при 393 нм - поглощению димеров. Но если представить, что при больших концентрациях проходит процесс перераспределения между агрегатами К ■ ЗБ5 нм и димерами X «• 39S нм, а при малых

то ах тпах

концентрациях спектральмая форма с ^тахт 400 нм соответствует мономеру, то необьснимым остается тот факт, что процесс мономе-ризации необратим. Параллельно проводились и температурные исследования изменения спектров поглощения ПГП в спирте. При повышении температуры не зарегистрированы какие-нибудь изменения спектров поглов^ния. Это подверждает, что 11ГП в спирте не образует агрегатов.

Для дальнейшего выяснения процесса агрегации и выявления спектральных форм ПГП присутствующих в полных растворах, проводилось моделирование концентрационных и температурных изменений полосы Соре.

В первом приближении полоса поглощения Соре описывалась двумя Гауссовыми Функциями при разных концентрациях и температурах растворов ПГП СС - 1,5 Ю~5 мольУп и С - Ю~в моль/'л при Т ■ ES°C, Т » 50°СЭ. Полученные оптимальные параметры полос в дальнейшем использовались лпя моделирования дифференциального спектра С К « ДА /ДА , X , X Э, который является суппер-

tncix mvn щах ГТ\\.Г1

позицией исчезновения одной полосы поглощения С агрегатов} и появления другой полосы Смономеров или димеров} при повышении тем-

I

перятуры. Всех спектральных параметров описать двумя Гауссовыми Функциями не удалось. При низкой концентрации полосе Соре соответствуют две полосы со следующими параметрами: X « 363 нм и

Дг> » S800 си"1 для агрегатов и X « 393 нм и Av - 2000 »'* max isz

см для мономеров, при высокой - две полосы с параметрами: 363

Таблица. Результаты моделирования дифференциального спектра.

R X СаЭ Au СаЭ X СмЭ Lv СмЭ X X К

max í/2 max 1/2 max irvrt

111 385 2800 395 2000 358 402 0,7

111, 25 365 2800 395 2000 357 401 i,o

111,5 365 2300 395 2000 357 400 1,3

1s1,75 36S 2800 395 2000 356 399 1,7

It 2 36S 2800 335 2000 355 399- 2, 0

1:1 305 2800 393 2000 358 400 0,7

1:1,25 3Q5 2800 393 2000 357 399 i,o

1:1,S 365 2800 393 2000 356 393 1,3

1:1,75 365 2800 393 2000 353 397 1,7

1:2 363 2800 393 2000 354 397 2,0

1:1 3SS 2800 395 1800 360 400 О ,7

1:1,23 - 365 2800 395 1800 359 400 О, 9

1:1,5 365 2800 395 1800 359 399 1,2

1:1,75 365 2800 395 1800 357 398 1,3

1:1,5 365 2000 393 1600 359 336 1,1

1:1,75 365 2800 393 . 1600 358 396 1,4

1:2 385 2800 393 1600 358 39Э 1,7

-1:2, 25 365 2800 393 1600 357 395 2,0

Ol,5 Ю ноль/л - 3S7 393 1,8

экспериментальные значения CmlQ-a ^ь/я - 360 400 0,7

Е

ДЛаГ ✓ДА" мод мод

отношение заданного уменьшения оптической

плотности полосы агрегатов CAA Э • к возникновению оптической

род

плотности полосы мономеров СЛА Э X СаЭ, X СмЭ, А и СаЭ И

МОД m<uí moa

Дк СмЭ - .длина волны в максимуме и полуиуруна полос тгоглои»-

ния агрегатов и мономеров соответственно, X й X , ~ пояояя-

max ffltil

пня выцветающей и формирующейся полос в дифференциальном спектре, К <■ ДА ✓ДА .

max min

Aw ■ 2900 см И X » 393 нм. Ay « 2000 см" . Ко, как tsz max ft/2

с ид но из тэбякаы, пал5'хитг» лсЭ^сраитэзхьныЯ спзктр перерас-

пределением полос ггогяощешм5 с тахкгси парапгтраии но возможно. Для хорокаго совпадения эксттеримэитаяьно полученных значешгй с модельными обязательно сукекие гсэделышй полосы мономеров до 1800 см"1 Стфи низкой концентрацию И до 1600 см"1 С при высокой концентрации). Такие параметры являются нереальными так как полуширина надельных полос уже чем полосы Соре ПГП в любых ко-номеризируюЕгзх растворителях.

Анализ экспериментально зарегистрированных дифференциальных спектров показал, что при гсозьвшшп: температуры, наряду с выцветанием полосы при ЗС1? км такзве паел»дастся выцветание по-гдогдаккя на дякшяогояновом крае по-поса Саре в области 420 ни, что коеет Сын, связано с тфолЕяслгсек поглощения агрегатов из-за снятия закрыта электронного перехода агрегатов в состояние Ко-оклипзому, чем болыгэ число связизающихся молекул, тем более проявляется заттрекгипий переход. Из-за существования такой дшш-козолкобой етшдааы агрегатов, иитеисквяость которой зависит от кошзвятрашш раствора, полученные- в зкепгрлкэнте спектраг.ьиыэ кграктермстяки спФСог-нанхг.ышго спектра описать двумя Гауссовыми Фушсшагз: па удается. Прн павьаззигаг температуры выаветаюдап полоса 1гогиовдз:к:я около 420 ни сузгаэт и сдвигает полосу мэкэмэрез о коротковолновую область, и вклад такте изменений • зависит от концентрации ПГП. Разлитые полоеошш максимумов мокомарной полосы при разной концентрата! обусловлены ка прксутсвисп трег: спектралылк: норм, й исодииакозым вкладом Бь.цпетаюйяй полосы агрегатои.

Из этш: результатов следует, что во всезг теппературиьвг экспериментах наблюдается одш| и тот же процесс: агрегат —> ио-нопер, а получен::ыо разныэ результаты при различных концентра-ш обусловлены неодинаковым вкладом поглощения агрегатов б длгпшо'ояновой области. Такни образом наблюдавшиеся спектральные характеристики зависят от величины агрегатов, участвующих в процессе дезагрегации. Следует сызод, что число молекул, образующие агрегат накболаа влияет на длинноволновой "хвост" полосы Соре и не кэняет парамэтроп основной покосы поглопзэния.

На основе температурных и концентрационных зависимостей

-Ю-

оттесывается следуюгики пзрагятрамя: X и 309 км см"1, а мономеров: X. » ЗСЗ им и Дк а 2000 см"1.

тмж

Ж"!

И ДУ

033 км з ксгагостяки

спехтров поглокэямя ПГП и мэдэлсфсзппия. установлено, что полоса погдогя2!1:я основного перехода з состоянгзэ агрегатов

и £800 [роэтатографи-

ческое выделение олигомеров и мпиокеров ПГП показало у.оросоа совпадение всех спектральных каракзтроэ иакомзров с £ягдельк>, а также позволило получить эти параметры для ошгвкграп ПГП.

Изучение спектральных изпэнгний при гтпп.х кмиаз кэентоэ света разной длины волны в диапазоне от 433 им до режиме как непрерывного так н икяульсиого мзлучеккя Рис. 1. Изменения спектров поглощения и диФФеретжальиыэ спектры поглсеенил ПГП а буферном растворе при облучении растворов разной концентрации.

а,б - спектр поглодаиил ПГП

С01,3 Ю ^моль/'лЭ С-з и

после облученгст растпора видимым* светом £ 470- 700 нкЗ з течение ¿3 мот С - - - -3 и 73 мин С- • - • - • -3. в,г - дифференциальна спектры СС«2, 2 Ю'^моль^пЗ после облучения аргоновым лазером и

течение 30 кин С—-3 и Е0

кия С - - - -3 .

д.е - дифференциальные спектры после облучения растэсров СС»7,в 10~° /л)

светом в течение 3 С-—3,

10 С- • -3, 13 С----3» аз

С - » • -3, II 103 мин С - - -3"

СдЗ и 23 С--3, 00 С---3

и 103 кил С -< - « -3. Стрелками тгоказгяа длила волны я ям.

от 23 мВт до 0,3 Вт с гематопорфиряяен С ГШ

% л

VI

-сет

я пу/о:1?.згг.1мл

гематопорфирина показало, что в водных растворах протекают две Фотореакции. В спектрах поглодэния растворов ПГП после облучения первоначально регистрируется выцветание полос агрегатов и появление» новой полосы около 640 ни, ттосле прекращения этого процесса - равномерное выцветание во' всем видимом диапазоне СРис. 13. Одновременное выцветание полосы поглощения агрегатов ПГП с Формированием полосы фотопродуктов, наблюдаемая корреляция между изменениями параметров агрегатов и фотопродуктов, прекращение этой ргакшвд при вводе в раствор детергентов однозначно доказывает, что фотопродукты Формируются из физических агрегатов ПГП. Хроматографическое выделение Фотопродуктов показало, что в следствии фотореакции Формируются два фотопродукта • 0 и имеющие в отличии от самого порфнрина

интенсивные полосы поглощения и красной области спектра около 640 и 665 им соответственно СРис. 23. В спектрах поглогаэния хро-

Рис. 2. Спектры возбуждения флуоресценции всех хроматогра<.кчески выделенных фотопродуктов, после вычисления рассеянного света и спектр флуоресценции СЕЗ Фотопродукта ©343 с^возд453 нмЭ.

^5,5 1|Пг

то 500 600

636 п

А 1

660

Л Л

500 600 700 Х,НМ-

матографически выделенных этих продуктов присутсвует полоса

Соре,'а четыре полосы в видимой области перераспределены так,как

при гидрировании одной или двух двойных связей пнррольньос колец

в положениях 3-4 или 7-8 СРис. а, Ф , Ф Э. Скорость этой

<но ees

реакции не зависит от кислорода, присутствующего в растворе, но чувствительна к рН среды и протекает только в присутствии агрегатов ПГП. Следовательно, можно делать вывод о Формировании в этой реакции хлориноподобных молекул.

Скорость второй реакции, протекаюпей при облучении растворов, увеличивается с повышением концентрации кислорода в растворе и не прекращается до полного выцветания спектра ттогловдния порфирила. В результате этой реакции Формируется хроматографи-чески хорошо выделяющийся Фотопродукт Ф , испускающий на дли-

54S

не вол!ты 54S нм СРис. 2, О Э. Так как этот Фотопродукт нэ име-

545

ет полосы Соре, свойственной всем порфиринам, обладающим большой сопряженной системой двойных связей - макроциклом, следует, что он формируется в результате открывания макроцикла. Полное выцветание всех полос поглощения после длительного облучения раствороз связано с дальнейшим окислением всех Фотопродуктов во лейкоформ.

Изменение рН среды существенно меняет наблюдаемые спектральные изменения при облучении растворов ПГП. В основных средах, где ПГП присутствует в анионном состоянии, скорость реакции фотопревращения существенно увеличивается по сравнению с нейтральным раствором и идет быстрое окисление порфирииа Срис.33. В кислах средах, где порфирин сукествует в катионном состоянии, облучение растворов к спектральным изменениям не приводит, что указывает на Фотохимическую устойчивость катионньос Форм. Такой вызод следует и из гипотезы о распределении электронного облака по макроциклу порфирина: в нейтральной молекуле оттягивание пирролениновыпк азотами электронов от метиновых мостиков приводит к локализации положительного заряда на мостиках и одновременному их ослаблению. В случае дккатионной Формы протоны связываются с азотами и электронное облако распределяется равномерно по макроциклу, что приводит к Фотохимической устойчивости этих форм.

Корреляция существующей в растворах моноанионной Формы ПГП

с хвантовыи зыхолам формирования- Фотсиродуктоз позволяет делать

Рис. 3. Зависимости изменений по-глоазеикя ПГП от дозы облучения растворов СС » 1,3 10~4 моль/лЭ! а - относительнее зыаэетание полосы тзгсощзта тгрг: 33? им, б - тгогзощвике фотопродукта при 633 ии.

г-н - V , V -1,1, о, а -6,4, 0,0 - 10,0, - 12,0.

гоо . зоо. ме;Вии"

вывод о том, что именно ксисаписшлы трансформируется о кояекуль згвдрусювоЯ т:р:гроды.

Получеииьг-з результаты ко Фотопреарадешао физических агрэ-гатсз ГП и ПГЛ позволяют гфедлоамть тгротажуточное звено в пер-мших фотофиздоесхюс и Фотохимических тфоаоссагг, -протекакнз.!} при сенсибилизированной иорФирм:1а!®1 деструкции кяаюк. Сукэстау-игзш дгашькг об эффективном Оотодипагатесиом действии агрегатог ЯГП в клетках противоречат сбигтфинятому помммадапо, что осиознш деструктором кветочвого субстрата является сииглетнь'-й кисйарод, генерируемый триплатньш состоянием красителя, так как агрогат! ПГП ш-веют палый кваитозыЛ выход триплотлого состояния. Короа< известно, что хлорины в водных растворах не агрегируют и обладают вьжгоким ^заитояым эыйодом трштветиого состояния. Такта образом Факт, что фнзичэскна агрегати ПГП Фототраксоср!з>руыт"я : нонвкуяы зизоркиовоЛ тсрироди и »следствии этого уиетглазете:

1гоглос^!Н1з а области, применяемой в <?ДТ и повышается квентоаый и ¡-его д генерации синглетнога кислорода, позволяет в кетчть этот гронесс как кроме гуточггое звено в модель процессов, тфотекгкпкз! хср'Л применении ПГП в ФЕТ и исключить супкзстпуюагзе противоречие.

Имзя ввиду, что фото:«1ДИфикаиия тгорфирииов наблюдается при кзлых догах облучения, полосы поглощения в красной области О

(МО

и Ф гораздо интенсивнее полос поглощения сагого тсорФкркна, а кпориная природа обеспечил зет больней квантовый выход генерации скнгяетнаго кислорода, мопго предпокогить, что и иебалыте кокгггество

сФорккроэавЕзссся фотохтродуктов, мозвэт играть важную роль о деструкдаэт клеток. Из этого следует i-юдегь процессов, возможно, проходящих в опухолях при пр!1кекании ПГП в Ф5Т:

1. Скопление агрегатов ПГП в оттухояях.

2. Агрегаты ПГП + hv -> Ф ,0

eiO <RES

•ФО

3. 0 , Ф + hv -Z~> *0 .

<sco <s<33 г

4. lO + субстрат -> деструкция клеток.

ИЯ5 сформулированы основные результаты и вю*'-пы

рабзты:

1.Установлены параметры ттолссы иагкоюткня Соре кзисг-кзркого ПГП: ' = 3S3 нм, Ль> <= 2QOO сп1, 0И31ГчесК1« огре-

ITV3LK 1/2

ггтез ПГП: К « 365 нм, Ли в 2900 см"1 к ксвалептко-связап-

шах 1X2

KUt: ОЛ5!ГОСЭТРОЗ: \ " 337 нк, Ai> = 3000 см"1, max 1/2

2. D водных растворах ГП и ПГП поглощение квантов света на олияазс воли 4.30-630 нм, в регикэ как непрериэкого так к иипульсиого излучения пргаояит к формированию по крайней мэр» трех фотопродуктов, яюминесиирукпцих на длинах волн 543, 643 и 60S км соответствен^. Резям лазерного излучения С непрерывный или импульсныйЭ не влияют на протекаюпие фотореакцкм.

3. ©отопродукты Ф и Ф Формируются из Физических

640

агрегатов ПГП.

4. Показано, что в следствии взаимодействия лазерного излучен:!Л с пигментами ГП и ПГП, применяемы«! в 0ДТ, протекают две Фотореакции: 1> формирование Фотопродуктов при сохранения

основного макроцикла малек у ли, Z3 фотоокисление тторфир инов вследтвие которого макроцикл открывается.

S. Установлено,■ что *545 является молекулой с открытым макрониклом лорфиркна, - молекулой хлориного типа -

гидрирована одна двойная связь в тгиррольном кольце, а ®ввз ~ молекулой бактериохлориного типа - гидрированы две двойные связи пиррольных колен.

в. Дикатионные формы порфирина из-за равномерного распределения электронного облака по макроциклу являются фотохимически устойчивыми, тем временем как дианионные Формы - склонны к быстрой фотодеструкции. Фотопродукты ♦в40 и ®<S<S5 формируются из моноанионной формы ПГП.

7. Предложена промежуточная цепь первичных фотохимических процессов о модели Фотодинамического действия: накапливающиеся в опухолях агрегаты ПГП при облучении модифицируются в фотопродукты хлориновой природы с интенсивным коглощввиеи в красной области и большим квантовым выходом генерации синглетного кислорода, которые при дальнейшем облучении и обуславливают деструкцию клеток.

Основные материалы диссертации содержатся в 12 статьях и 17 тезисах:

1. Cadonas R., Kapociute R., Rotomskiene J., Rotonsskis R. tationary and picosecond absorption spectroscopy of photosyn— thotlc and hematoporphyrin complexes// Laser Scattering Spectroscopy of Biological Objects: Abstr. Prague, 1986. P. 44.

2. Hematoporphyrin-diacetate aggregation, dependence on solution pH S Kapociute R., Szito Т., Farkas E,, Rotonskiene J., Ко- tomskis R., Ronto G. ✓✓ XUIth Intern. Conf. on Photochemistry! Abstr. Budapest, Aug. 9-14, 1687. Budapest, 19S7. V. 2. P. 42Q.

3. Photophysleal, photochemical, photobiological, and madical aspects of laser autotherapy / Gadonas R., Jouusauskas G., Kapociute E., Luksieno Z., Piskarskas A., Rotomskiene J. et al.SS Laser in Atomic, Molecular, and Nuclear Physics У Ed. Letokhoy V. S. t Proc. 4th Intern. School, Vilnius, Aug. 22-d9, 1887. Singapore» World Scientific, 1989. P. 401-417.

4. Effect of light fluence on absorption spectra of homatoporphyrin diacetate in solution S Jonusauskas G. , Kpoclute R., Rotomskiene J., Rotomskis R., Piskarskas A. // 2nd Congr. of European society for Photoblologyj Abstr. 6-10 Sept. 1987, Padova, Italy. Univ. Padova, 1987. P. 119.

5. Варанавичене Г. , Ротомскене Ю. . Ярмоленко В. В. Влияние температуры и лазерного облучения на спектры Флуоресценции ге-матопорфирина // Тез. докл. VIII Респ. конф. молодых ученых по спектроскопии и квантовой- электронике. Планга, £3-28 мая 1987г. Вильнюс, 1987. С. 66.

6. Изменения спектров поглощения диацетата гематопорФирина при облучении светом / Ионушаускас Г. , Марчик Я. , Капочюте Р. . Ротомскене Ю. SS Тез. докл. VIII Респ. конф. молодых ученых по спектроскопии и квантовой электроникре, Паланга, 23-28 мая 1987г. Вильнюс, 1987. С. 67.

7. Физико-гммические, биологические и медицинские аспекты лазерной онкотерапии / Багдонене И. , Блознелите Л. . Гадонас Р.\ Яиджяпятрене Я. , Ионушаускас Г. , Капочюте Р. , Кирвякене В., Пукпгене Ж. , Пискарскас А. , Ротомскене Ю. и др. // Применение лазеров в атомной, молекулярной и ядерной Физике: Материалы IV международ. Вильнюсской школы по применению лазеров, Вильнюс, 22-29 авг. , 1987г. Вильнюс, 1988. С. 52-69.

8. Light-induced transformations of hematoporphyr in diacetate and hematoporphyrin У Rotomskiene J., JCapociute R. , Rotomskis R., Jonusauskas G., Szito Т., Nlzhnik A. // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 1988. V. 2, No 3. P. 373-379.

9. Лазерная сенсибилизация структурных компонентов белков и нуклеиновых кислот у Пкубчените Э. , Кирвядене В. , Ротомскене Ю. , Ротомскис Р. , Юодка Б.// Тез. докл. XIII международ. конф. по когерентной и нелинейной оптике, Минск, в-9 сеит. 1988г. Минск, 1988. Ч. 1. С. 421-422.

10. Transformations of hematoporphyrin diacetate induced by various light sources У Kapociute R., RotoBtskiene J., Rotomskis R., Jonusauskas G. , Ronto Gy., Szito T. SS 10th Intern. Congr. on Photobiology, Jerusalem, Israel, Oct. 30 — Nov. 5, 1988« Abstr. P. 88.

11. Ротомскене Ю. , Ротомскис P. Температурные исследования

процесса дезагрегации и появления новой спектральной формы диацетата гематопорфирина /V Ж. прикл. спектроск. 1988. Т. 49, № 4. С. 621 -624.

12. Капочюте Р., Ротомскене Ю. , Ротоискис Р. Фотопре-врацения гематопорфирина и диацетата гематопорфирина в растворе при лазерном облучении /V Динамика и активность биологических макромолекул: лазерный и компьютерный эксперимент: Тез. докл. Ереван, 1988. С. 88-89. ' , -

13. Капочюте Р. , Ротомскене Ю. , Ротомскис Р. Спектроскопические исследование необратимых фотолревращений диацетата гематопорфирина ss Применение лазеров в хирургии и медицине: Тез. международ. ' симпоз. , 18-20 окт. " 1988г. , Самарканд. И. , 1989. Ч. 1. С. 453-454.

14. Капчюте Р. , Ротомскене Ю. » , Ротомскис Р. Излучение спектральных изменений диацетата гематопорфирина под воздействием излучения /V Методы лазерной биофизики и их применение в медицине: Матер. докл. I Респ. школы-семинара, Тарту, 24- 25 февр. 1988г. Тарту, 1Q89. С. 119-125.

15. Hematoporhyrin .diacetate variants In different environments У Kapociute R., Szito Т., Rotomskis R., Rotomskiene 3., Toth K., Ronto Gy. // Third Congr. on the European Society for Photobiology, 27 Aug. - 2 Sept., 1989, Budapests Book of Abstr. 1983. P. 277.

16. Chromatographical separation of photoproduct formed by irradiation of the aqueous solutions of "hematoporphyrin / Rotomskiene J., Dubbelman Т. M. A. R., Aartsma 1h. J., - Rotomskis R. // Third Congr. of the European Society for Photobiology, 27 Aug. -2 Sept., 1989, Budapest: Book of Abstr. 1989. P. 279.

17. Porphyrin-sensitized nadh photooxidation under different irradiation conditions У Kirvollone V., Rotomskiene J., Rotomskis R., Piskarskas A., Juodka B.SS Third Congr. of the European Society for Photobiology, 27 Aug. - 2 Sept., 1989, Budapest: Book of Abstr. 1989. P. 283.

18. Rotomskiene J., Bernikaite J., Rotomskis R. Hamatopor-phyrln derivative phototransformation dependence on solution pll/S Intern. Conf. on Photodynanic Therapy, Sofia, 3-5 Oct.,

1989, t Abstr. Sofia, 1989. P. SS.

'19. Воздействие производных гематопорфирина и лазерного излучения на опухоли, клетки и биомояекулы / Блознялкте П.М., Диджяпетрене Я. К. , Грицюте Л. А. , Снильгявичюс В. И. , Шлякис Г. П. , Гадонас Р. А. , Капочюте Р. Л. , Ротомскене Ю. В. и др. // Онкология. 1989. № 8. С. 74-83.

20. Спектральные свойства Фотопродукта гематопорфирина s Ротомскене Ю. , Аартсма Т. , Дуббельман Т. Н. А. Р. , Ротомскис Р. ss Лит. ФИЗ. сб. 1989. Т. 29. № 4. С. 477-482.

21. Ротомскене Ю. , Дуббельман Т. М. А. Р. , Ротомскис Р. Тонкослойная хроматография облученного ГП и ПГП ss Лазеры и сверхбыстр, процессы: Науч. тр. вузов ЛитССР. Вып. II. Вильнюс. 1989. С. 164-169.

£2. Light-indueed transformations of hematoporphyrin derivative and hametoporphyrin s Rotomskien© J., Kapociute R., Rotomskls R., Toth К. // Лазеры и сверхбыстр, процессы: Науч. тр. вузов ЛитССР. Вып. II. Вильнюс, 1989. С. 143-152.

23. Ротомскис Р. , Ротомскене Ю. , Дуббельман T. ft. А. Р. К вопросу об эффективности Фотодииамического действия гематопорфирина ss Недико-биологические аспекты излучения и применения порфиринов: Тез. сиг-птоз. Таллинн, 1989. С. 70-71.

24. Heraatoporphyrin diacetate aggregation and protonation properties in terms of absorption speçtroscopy S Kapociute. R., Rotoroskis R. , Rotomskien® J. , Toth K. , Gadonas R. , Eonto Gy. y У Лазеры и сверхбыстр, процессы: Науч. тр. вузов ЛитССР. Вып. II. Вильнюс, 1989. С. 115-130.

25. Rotomskis R., Aartsma T. J., Rotomsfcierea J. Spec-troscopic features of the photoproduct forraad by illumination of aqueous HP and HPD ss Лазеры и сверхбыстр, процессы: Науч. тр. вузов ЛитССР. Вьпг. II. Вильнюс, 1989. С. 153-163.

26. Спектроскопическое исследование Фотопревраюгний дианетата- гематопорфирина под воздействием излучения различных длин волн s Нонушаускас Г. , Капочюте Р. , Ротомскене Ю. , Ротомскис P. s S X прикл. ' с пек трос к. 1989. T. 50, № в. С. 029-933.

27. Ротомскене Ю. Модификация гематопорфирина поя действием лазерного излучения/У Латерная биофизика и ноьые применение лазеров в медицине. Тарту. 25-30 мая 1989. Тарту. 1Q8Q. С. 28.

28. Ротомскене Ю. , Ротоискис Р., Дуббельман Т. М.А. Р. О структуре продуктов Фотопревращений гематопорфнрика в водных растворах>/ Ж. прикл. спектроск. 1990. X. 53, № 5. С. 829-833.

29. Ротоискис Р. , Ротомскене Ю. , Пискарскас А. Взаимодействие лазерного излучения с молекулами порфириновой природы применяемыми в Фотодинамической терапии/-"/ Исследование структуры, Физических свойств и энергетики биологически активных молекул: Тез. докл. У координационного семинара. Кошице-Прага, 1990. С. 53-58.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТОРА

1. Andreorii A., Cubeddu R. Photophysical properties of photofrin II in different solvents // Chew, Phys. Lett. 1984. V. 108, No 2. . P. 141-144.

2. Ito Т., Ito A. Enhancement of porphyrin-photosensiti-zation of yeast cells by ethanol // Photochem. PhQtobiol. 1904. V. 40, No 4. P. 429-434. 1

3. Direct detection of singlet oxygen sensitized by heraa-toporphyrin and related compounds / Keene J. P., Kessel D., Land E.J. et al.>V Photochem. Photobiol. 19Q6. V. 43, Ко 2. P. 117120.

4. Kessel D. Ca3 Localization and photosensitization of murine tumors in vivo and in vitro by a chlorin-porphyrir ester/V Cancer Res. 19S6. V. 46. P. 2248-2251.

5. Красновский А.А. Обратимое фотохимическое восстановление хлорофилла аскорбиновой кислотой/v Докл. АН СССР. 1948. Т. 60, № 3. С. 421-424.

Соискатель

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЛИТОВСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ГОТО.ЧСКЕНЕ ЮР ГИТА ВИТХУТОВНА ФО ЧХ1ПРЕ-ВРАЩЕН1Ш ПОРФИРИНОВЫХ МОЛЕКУЛ: СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЬУ.МЛГА ТИ ГО ГР А ФС К А Я (Юх84 1/16. ТИРАЖ 100 ЭКЗ. ЗАКАЗ 271. УСЛ.ПСЧ.Л.1.00. ОТПЕЧАТАНО РОТАПРИНТОМ В ИНСТИТ>ТЕ ИНФОРМАЦИИ литви.2 32000.вилы-:юс.тот0рю 27.