Organelle-targeted Radioconjugates for Auger Therapy of Prostate Cancer

Abstract

O cancro da próstata continua a ser um dos maiores problemas de saúde publica sendo um dos cancros mais diagnosticados em homens a nível mundial e é uma das principais causas de morte relacionada ao cancro. Assim, a procura de novas estratégias diagnosticas e terapêuticas é elevada. Recentemente, a terapia com radionuclídeo direcionado (TRT) tem surgido como uma eficiente ferramenta para o tratamento de cancro. As estratégias de TRT direcionam radiação ionizante para os tumores, reduzindo assim danos para alem do alvo. O Antígeno de Membrana Específico da Próstata (PSMA) que tem elevada expressão no cancro da prostata, em PCa o seu direcionamento tem mostrado um potencial enorme. A utilização de eletrões Auger (AE) em TRT tem demostrado uma grande potencial para tratar cancros e metástases de pequenas dimensões devido ao seu elevado nível de citoxicidade em células tumorais, à alta transferência linear de energia (LET) e à eficácia biológica de curto alcance. Alem disto, os organelos e as biomoléculas como a mitocôndria tem surgindo como potenciais alvos para terapias à base de radioterapia. Portanto, o projeto AugerTher tem como objetivo estudar complexos metálicos de direcionamento duplo baseados em radionuclídeos que emitam AE cuja estrutura é funcionalizada com um ligante PMSA (PSMA617) de modo que a que este complexo seja capturado seletivamente por as células PCa, e pretende ainda estudar os utilizar moléculas com alta afinidade com o núcleo e a mitocôndria para alvejar especificamente esses organelos. Assim, este projeto espera mudar o paradigma da biologia da radiação, que sustenta que os efeitos biológicos da radiação estão associados ao dano nuclear. Neste estudo, nós avaliamos o efeito biológico do tratamento com PSMA617 isolado e de natIn-DOTAGA-AO tanto na viabilidade das células, bem como no seu metabolismo celular, utilizando quatro modelos in vitro (PNT2, LNCaP, PC3-FLU and PC3-PIP). Os nossos resultados sugerem que a resposta das células a PSMA617 isoladamente não induz toxicidade celular, mas ocorrem pequenas alterações na função mitocondrial e glicolítica, independentemente do fenótipo celular (normal ou cancerígena). Curiosamente, os resultados sugerem que as células que não expressam PSMA são mais sensíveis ao PSMA617. Além disto, os resultados, embora não significativos, sugerem que o tratamento com PSMA617 em células que expressam PSMA pode levar à internalização da proteína contribuindo para a diminuição do metabolismo celular que a longo prazo pode levar à diminuição da proliferação celular e inibição da migração. Por outro lado, todas as células internalizaram o composto frio natIn-DOTAGA-AO tanto no núcleo como na mitocôndria, levando a alterações das funções mitocondrial e glicolítica, do potencial de membrana mitocondrial (MMP) e da produção de ROS a nível mitocondrial. Para além disto, apesar do natIn-DOTAGA-AO não induzir citotoxicidade nos modelos in vitro estudados, as células cancerígenas parecem mudar o seu comportamento, tornando-se mais semelhantes às células normais da próstata (PNT2)Portanto, este estudo representa um importante trabalho preliminar para um projeto maior, apoiando o desenvolvimento de radiocomplexos emissores de AE direcionados às células alvo através do ligando PSMA617 e funcionalizados com grupos de direcionamento para organelos, nomeadamente as mitocôndrias

Prostate cancer (PCa) remains a major public health problem since it is one of the most diagnosed cancer in men worldwide and one of the leading cause of cancer-related death. Thus, there is a huge demand for novel diagnostic and therapeutic strategies. Recently, targeted radionuclide therapy (TRT) has emerged as an efficient tool for cancer treatment. TRT strategies deliver ionizing radiation to tumors in a targeted manner, reducing off-target damage. In PCa, targeting Prostate-Specific Membrane Antigen (PSMA), which is overexpressed in prostatic cancer has shown enormous potential. TRT using Auger electron (AE)had shown greater potential to treat small size cancers and metastases, because of their high level of cytotoxicity to tumor cells, high linear energy transfer (LET) and short-range biological effectiveness. Moreover, organelles and biomolecules such as mitochondria are emerging as potential targets for radiotherapy-based therapies. Therefore, the AugerTher project aims to study dual-targeted metal complexes based on AE-emitting radionuclides carrying a PMSA ligand (PSMA617) for selective uptake by PCa cells, and pharmacophores with a well-recognized affinity for the nucleus or the mitochondria. By initiating the targeting of mitochondria, this project expects to change the radiation biology paradigm, which sustains that the biological effects of radiation are associated to nuclear damage. In the present study, we assessed the effects of PSMA617 alone and natIn-DOTAGA-AO on viability and cellular metabolism of PCa, using four in vitro cell models (PNT2, LNCaP, PC3-FLU and PC3-PIP). Our findings suggests that the response of cells to PSMA617 alone do not induce toxicity to the cells but are accompanied by small alterations in mitochondrial and glycolytic function, regardless the cell phenotype (normal or cancerous). Interestingly, we found that cells that do not express PSMA are more sensitive to PSMA617. Moreover, results, although non-significant, suggest that treatment with PSMA617 in cells expressing PSMA may lead to the internalization of PSMA protein leading to a decrease in cell metabolism which at long-term can lead to cell proliferation and migration inhibition. On the other hand, all the cells internalized the cold-surrogate natIn-DOTAGA-AO within the nucleus and mitochondria which leads to alterations in mitochondrial and glycolytic function, mitochondrial membrane potential (MMP), and mitochondrial ROS production.Moreover, although natIn-DOTAGA-AO did not induce cytotoxicity in our in vitro models, it seems that tumoral cells approximate the behavior of normal prostate cellsTherefore, this study represents an important preliminary work for a major project,and supports the development of AE-emitting radiocomplexes functionalized with targeting ligands such as PSMA617 and mitochondria-directed ligand to target specific PCa cells’ organelles.