Photodynamic therapy with glycoconjugated porphyrins for age-related macular degeneration

Abstract

A degenerescência macular da idade (DMI) é uma doença degenerativa da mácula da retina, e que leva à perda progressiva da visão central em idades mais avançadas. A fase mais avançada da doença pode ser dividida em dois tipos, a forma seca e a forma neovascular. A forma seca é caracterizada pela atrofia geográfica do epitélio pigmentado da retina (RPE), enquanto que a forma neovascular ou húmida é caracterizada por neovascularização coroideia (CNV) e, em alguns casos, pelo descolamento do RPE e fibrose sub-retiniana. Atualmente, a terapêutica de primeira linha da DMI húmida são os fármacos anti-angiogénicos. Injeções intravítreas de anti-VEGF (fator de crescimento endotelial vascular) são indicadas para inibir a proliferação de novos vasos coróide. Em certos casos, contudo, esta abordagem terapêutica com anti-VEGF não é capaz de prevenir a progressão da doença e apresenta muitos efeitos adversos. Em alguns casos, a terapia fotodinâmica (PDT) é usada em combinação com a terapia anti-VEGF. O uso de PDT tem como objetivo a destruição seletiva dos novos vasos anómalos da coróide que podem proliferar e penetrar na membrana de Bruch. No entanto, até ao momento, não existe nenhum tratamento capaz de prevenir ou tratar a fibrose sub-retiniana.O principal objetivo deste estudo foi avaliar a citotoxicidade induzida por PDT utilizando dois fotossensibilizadores (PSs) glico-conjugados: H2TPPF16(SGlc)4 e ZnTPPF16(SGlc)4). Como modelo de estudo utilizou-se a linha celular ARPE-19 (com morfologia mesenquimal fusiforme e expressão de α-SMA e galectina-1). Para avaliar a eficácia dos dois PSs, foram realizados estudos in vitro para determinar a sua captação pelas células, a produção de espécies reativas de oxigénio (ROS) e a sua toxicidade no escuro e após fotoativação.Ambos os glico-conjugados foram captados pelas células ARPE-19. A presença de proteínas com domínios de reconhecimento de carbohidratos e afinidade para galactosídeos, como a galectina-1, e a presença de um metal na estrutura da porfirina podem influenciar a captação destes PSs. Na verdade, o ZnTPPF16(SGlc)4 apresentou uma captação celular ligeiramente superior ao H2TPPF16(SGlc)4. Os níveis de ROS após PDT foram superiores com o ZnTPPF16(SGlc)4 do que com o H2TPPF16(SGlc)4. Ambos os PSs demonstraram eficácia na indução de fototoxicidade em células ARPE-19. Os resultados obtidos suportam a ideia de que a PDT com glico-porfirinas pode ser uma abordagem terapêutica promissora para atenuar a formação de fibrose sub-retiniana e, eventualmente CNV, o que requer um estudo mais detalhado.

Age-related macular degeneration (AMD) is a retinal degenerative disease that affects the central portion of the retina, called the macula, being responsible for central vision loss. AMD can progress to two advanced stages, dry and wet. Advanced dry AMD is characterized by geographic atrophy of the retinal pigment epithelium (RPE). Wet or neovascular AMD is characterized by choroidal neovascularization (CNV) and, in some cases, RPE detachment occurs and is accompanied by subretinal fibrosis formation. Nowadays, anti-vascular endothelial growth factor (VEGF) therapy has been the first choice for neovascular AMD in order to inhibit CNV. However, in a high proportion of patients with AMD, this therapy is not able to stop the progression of the disease and it has several associated adverse effects. In some cases, photodynamic therapy (PDT) is used in combination with anti-VEGF therapy. The main purpose of PDT is the destruction of the abnormal vessels originated in the choroid that invade the overlying RPE monolayer and neuronal retina. However, to the best of our knowledge, any applied treatment to date can prevent or treat subretinal fibrosis.The main purpose of this study was to assess the cytotoxicity on ARPE-19 cells (with a mesenchymal spindle-shaped morphology, expressing α-SMA and galectin-1) after PDT with glyco-conjugates (H2TPPF16(SGlc)4) and zinc-porphyrin conjugated with four glucose molecules (ZnTPPF16(SGlc)4). To evaluate the efficacy of the two photosensitizers (PSs), in vitro studies were performed to determine the cellular uptake, reactive oxygen species (ROS) production and their toxicity in darkness and after photoactivation.Both glyco-conjugates were shown uptake by ARPE-19 cells. The presence of sugar-binding proteins in ARPE-19 cells, such as galectin 1, may influence the PSs uptake. The presence of a metal in the porphyrin can also interfere with the uptake. In fact, ZnTPPF16(SGlc)4 showed a slight higher cellular uptake than H2TPPF16(SGlc)4. The levels of ROS after PDT were higher in ZnTPPF16(SGlc)4 than in H2TPPF16(SGlc)4. Both PSs were non-toxic until activation by light. Both PS demonstrated high efficacy in inducing phototoxicity in ARPE-19 cells. The obtained results support the idea that PDT with glyco-porphyrins can be a promising therapeutic option to attenuate subretinal fibrosis formation and eventually CNV, which deserves a more detailed study.