Trans-A2B-corroles are superior photosensitizers for lung cancer

Abstract

Corróis são macrociclos tetrapirrólicos em anel contraído da família das porfirinas. Nas últimas décadas, esses análogos mais pequenos da porfirina têm recebido muita atenção no campo do desenvolvimento de fármacos antitumorais, principalmente como fotossensibilizadores (PS) na terapia fotodinâmica (PDT). A PDT consiste numa reação química ativada pela luz usada para destruir seletivamente os tecidos, por meio da geração de oxigênio singleto e outras espécies reativas de oxigênio (ROS).O grupo de investigação de Química Orgânica da Universidade de Coimbra já havia relatado a síntese de um novo tipo de trans-A2B-corróis contendo uma porção oxima. Neste contexto, o projeto concentrou-se no desenho e síntese química de novos corróis, e na avaliação in vitro do seu potencial uso como PS em PDT de cancro do pulmão.Na Parte A deste trabalho, três novos compostos desta nova biblioteca química de corróis foram sintetizados. Isso foi conseguido por meio de duas reações consecutivas de hetero-Diels-Alder ou adições conjugadas de nitrosoalcenos, gerados in situ a partir de desidrohalogenação de α,α-dihalo-oximas, com dipirrometanos, seguida de macrociclização oxidativa com 2,3-dicloro-5,6-diciano-1,4-benzoquinona (DDQ). Os PS foram caracterizados por 1H RMN, 13C RMN, 19F RMN e espectrometria de massa. De seguida, foi realizada sua caracterização fotofísica em conjunto com corroles previamente sintetizados no Grupo de Química Orgânica.Na Parte B, estudos in vitro desses corróis baseados em PDT foram realizados em linhas de células de cancro do pulmão. Para isso, os PS foram solubilizados em dimetilsulfóxido (DMSO) e administrados às linhas celulares A549 e H1299 em diferentes concentrações que variaram de 50 nM a 10 µM. Em seguida, as células foram incubadas por 24 horas, e duas experiências diferentes foram realizadas, de forma a avaliar a fotocitotoxicidade e a citotoxicidade. Para os ensaios de fotocitotoxicidade, as culturas foram lavadas com PBS, irradiadas com um fluxo de fotões de 7,5 mW/cm2, até um total de 10 J, e incubadas por 24 horas antes dos ensaios de MTT e SRB. Para os ensaios de citotoxicidade, as culturas foram lavadas com PBS e incubadas por 24 horas antes dos ensaios MTT e SRB.Os ensaios preliminares de MTT de alguns desses PS mostraram que, quando sob irradiação, o valor da concentração para 50% de inibição da atividade metabólica (IC50) estava na faixa dos nanomolar: 270 nM em H1299 e 127 nM em A549. Os ensaios SRB corroboram os resultados descritos anteriormente. Na verdade, os valores de IC50 foram semelhantes aos de outros medicamentos de PDT clinicamente aprovados, como Foscan®. Além disso, todos os corróis mostraram ausência de citotoxicidade no escuro em ambas as linhas celulares.A alta fotocitotoxicidade e a ausência de citotoxicidade dos trans-A2B-corróis corrobora sua aplicabilidade como PS em PDT, apontando para um efeito terapêutico promissor, e suporta estudos futuros.

Corroles are ring-contracted tetrapyrrolic macrocycles of the porphyrin family. Over the last decades, these smaller analogues of porphyrin have received much attention in the field of antitumor drugs development, particularly as photosensitizers (PS) in photodynamic therapy (PDT). PDT consists of a light-activated chemical reaction used to selectively destroy tissues, through the generation of singlet oxygen and other reactive oxygen species (ROS). The Organic Chemistry research group of the University of Coimbra had previously reported the synthesis of a new type of trans-A2B-corroles containing an oxime moiety. In this context, the project focused on the design and chemical synthesis of new corroles, and on in vitro evaluation of its potential use as PS in PDT of lung cancer.In Part A of this work, three new compounds from this new chemical library of corroles were synthetized. This was achieved via two consecutive hetero-Diels-Alder reactions or conjugated additions of nitrosoalkenes, generated in situ from dehydrohalogetion of α,α-dihalo-oximes, with dipyrromethanes, followed by oxidative macro-cyclization with 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ). The PS were characterized by 1H NMR, 13C NMR, 19F NMR, and mass spectrometry. Then, its photophysical characterization was performed together with corroles previously synthesized in the Organic Chemistry Group.In Part B, in vitro studies of these corroles based PDT were carried out in lung cancer cell lines. For that, the PS were solubilized in dimethylsulfoxide (DMSO) and administrated to A549 and H1299 cell lines in different concentrations ranged from 50 nM to 10 µM. Then, cells were incubated for 24 hours, and two different experiences were performed, in order to test photocytotoxicity and cytotoxicity. For photocytotoxicity assays, the cultures were washed with PBS, irradiated with a photon flux of 7.5 mW/cm2, to a total of 10 J, and incubated for 24 hours before MTT and SRB assays. For cytotoxicity assays, the cultures were washed with PBS and incubated for 24 hours before MTT and SRB assays. The preliminary MTT assays of some of these PS showed that, when under irradiation, the concentration value for the 50% inhibition of the metabolic activity (IC50) was in the nanomolar range: 270 nM on H1299 and 127 nM on A549. SRB assays corroborate the results previously described. In fact, IC50 values were similar to those of other clinical approved PDT drugs, such as Foscan®. Furthermore, all corroles showed no dark citotoxicity in both cell lines.Trans-A2B-corrole’s high photocytotoxicity and non-cytotoxicity corroborates its applicability as PS in PDT, pointing to a promising therapeutic effect, and support further studies.