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Chemo- and Phototoxic Conjugates: On the Way to a More Efficient Photodynamic Therapy

Applicant Spingler Bernhard
Number 159976
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Chemie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Inorganic Chemistry
Start/End 01.09.2015 - 31.08.2018
Approved amount 206'463.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Inorganic Chemistry
Experimental Cancer Research

Keywords (6)

anti-cancer drugs; cell tests; porphyrinoids; light irradiation; photodynamic therapry (PDT); platinum

Lay Summary (German)

Lead
Die photodynamische Therapie (PDT) ist eine neue medizinische Methode zur Behandlung von Haut- (z. Bsp. aktinische Keratose oder Basaliom) und Augenerkrankungen (z. Bsp. altersbedingte Makuladegeneration), die ausserdem in der palliativen Therapie von oberflächennahen Krebsarten eingesetzt wird. Bei einer PDT wird dem Patienten ein bei Bestrahlung mit Licht aktiv werdendes Molekül, ein sogenannter Photosensitizer, verabreicht. Daraufhin wird die zu behandelnde Stelle mit intensivem Licht bestrahlt. Nur in jenem Gewebe, in dem sich der Photosensitizer befindet und das mit Licht bestrahlt wurde, ist eine Heilung, d.h. eine Zerstörung des unerwünschten Gewebes zu beobachten. Allerdings weisen gewisse Anwendungen der PDT zurzeit noch Nachteile auf, wie beispielsweise eine mehrere Wochen andauernde stark erhöhte Lichtempfindlichkeit des Patienten nach der Behandlung.
Lay summary

Ziele des Forschungsprojekts bei Forschungsbeginn

In den Vorarbeiten für das aktuelle PDT Forschungsprojekt haben wir ein innovatives und äusserst viel versprechendes System entdeckt, in welchem der Photosensitizer fast ausschliesslich nach Bestrahlung mit Licht toxisch ist, im Dunkeln hingegen eine bis zu 5000 mal tiefere Toxizität aufweist. Basierend auf diesen Vorarbeiten werden wir unser bisheriges System so optimieren, dass das ausgezeichnete Verhältnis von Dunkel- zu Lichttoxizität möglichst erhalten bleibt, dabei allerdings andere Lichtquellen benutzt werden können, die für die PDT geeigneter sind als diejenigen, die wir bisher benutzt haben.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Trotz grosser Fortschritte in der Krebsfrühdiagnose und -behandlung bedarf es weitere intensiver Forschungsanstrengungen, damit auch schwierig zu therapierende Krebsarten erfolgreicher behandelt werden können. Unsere Grundlagenforschung mit dem innovativen Ansatz ist ein Bestandteil vielseitiger Bemühungen, die Lebenserwartung und Lebensqualität von Krebspatienten zu erhöhen.
Direct link to Lay Summary Last update: 01.09.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
PD Dr. Stefano Ferrari, Universität Zürich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Prof. Dr. Gilles Gasser, Universität Zürich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Tenth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP10) Talk given at a conference What is the Influence of the Central Metal Atom in Platinum- Porphyrin Conjugates on their Phototoxicity? 01.07.2018 Munich, Germany Spingler Bernhard;
Tenth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP10) Poster Dual-function Phthalocyanine Derivatives as Potential Agents for Imaging-guided cancer Photodynamic/Chemo-Therapy 01.07.2018 Munich, Germany Spingler Bernhard; Wu Wenyu;
Seminarvortrag, Leiden University Individual talk Thoughts on Photodynamic Therapy as well as of Small Molecule Crystallization 23.01.2018 Leiden, Netherlands Spingler Bernhard;
Seminarvortrag, Freie Universität Berlin Individual talk Novel Ways of Performing Photodynamic Therapy as well as of Small Molecule Crystallization 12.12.2017 Berlin, Germany Spingler Bernhard;
Fall Meeting of the Swiss Chemical Society Poster What is the Influence of the Central Metal Atom in Platinum-Porphyrin Conjugates on their Phototoxicity? 22.08.2017 Bern, Switzerland Spingler Bernhard;
14th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry (ISABC14) Talk given at a conference The Influence of the Central Metal Atom in Platinum‐Porphyrin Conjugates on their Phototoxicity against Human Cancer Cells 07.06.2017 Toulouse, France Spingler Bernhard;
Fall Meeting of the Swiss Chemical Society Poster Platinum-Porphyrin Conjugates in Photodynamic Therapy 15.09.2016 Zürich, Switzerland Spingler Bernhard; Larocca Michele;


Abstract

The proposed research ideas are based upon initial work in the Spingler group that led to one publication in Angewandte Chemie Int. Ed. 2014, 52, 6938. The results that were obtained so far are very promising: conjugates of a porphyrin photosensitizer with four platinum complexes reach the nucleus of human cancer cells and are characterized by a high singlet oxygen quantum yield, an excellent light to dark toxicity ratio (>5000) and IC50 values upon irradiation with visible light down to 19 nM. The planed experiments shall answer some open questions of the initial work and additionally improve the original system. The suggested novel compounds are expected to show a similar cellular distribution and singlet oxygen yields as the molecules studied first, but to have an absorption maximum in the red section of the visible light spectrum. This is an important property of any photosensitizer in photodynamic therapy. The funding of this project shall be used to employ a dedicated PhD student working on the synthesis and characterisation of the proposed photosensitizers. The determination of the cellular (photo)toxicities against diverse human cancer and normal cell lines will be conducted in collaboration with the group of Prof. Dr. Gilles Gasser. The outcome of these proposed research efforts shall be a superior candidate of a photosensitizer molecule with ideally balanced properties of stability, aqueous solubility, photophysics and phototoxicity versus dark toxicity for photodynamic therapy that is ready to be tested in 3D cancer models and in vivo tests.
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