Badanie mechanizmów działania fotouczulaczy - pomiary tlenu singletowego i wolnych rodników

Podobne dokumenty
Czy można zastosować ultradźwięki do niszczenia tkanki nowotworowej?

PRACOWNIA CHEMII. Wygaszanie fluorescencji (Fiz4)

Uniwersytet Jagielloński Wydział Chemii AUTOREFERAT

Zastosowanie spektroskopii EPR do badania wolnych rodników generowanych termicznie w drotawerynie

Popularne współczesne źródła światła dla medycyny

Mechanizm działania terapii fotodynamicznej w diagnozowaniu i leczeniu nowotworów. Anna Szczypka Aleksandra Tyrawska

Popularne współczesne źródła światła dla medycyny

PRACOWNIA PODSTAW BIOFIZYKI

CHARAKTERYSTYKI SPEKTRALNE UTLENIONEJ I ZREDUKOWANEJ FORMY CYTOCHROMU C

mgr Tomasz Oleś WYDZIAŁ FIZYKI, ASTRONOMII I INFORMATYKI STOSOWANEJ & WYDZIAŁ BIOCHEMII, BIOFIZYKI I BIOTECHNOLOGII UNIWERSYTETU JAGIELLOŃSKIEGO

Widmo promieniowania

Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

Ćwiczenie 3 Pomiar równowagi keto-enolowej metodą spektroskopii IR i NMR

Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli siatkowego, dyspersyjnego nad przystawką ramanowską FT-Raman

Cząsteczki i światło. Jacek Waluk. Instytut Chemii Fizycznej PAN Kasprzaka 44/52, Warszawa

Fotochemia 2010/2011

Badane związki 1. Kwas 2-(karboksymetylotio)-bursztynowy [2-CMTSA]

Zapraszamy. Zajęcia w ramach projektu Zostań odkrywcą fizyki, chemii i biologii w przyrodzie warsztaty, eksperymenty, badania.

Kopolimery statystyczne. Kopolimery blokowe. kopolimerów w blokowych. Sonochemiczna synteza -A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B-B-B- Typowe metody syntezy:

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Bezinwazyjne badania specjacji

rodzaje luminescencji (czym wywołana?)

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

Antyoksydanty pokarmowe a korzyści zdrowotne. dr hab. Agata Wawrzyniak, prof. SGGW Katedra Żywienia Człowieka SGGW

Ćwiczenie 2 Przejawy wiązań wodorowych w spektroskopii IR i NMR

Spektroskopia. Spotkanie pierwsze. Prowadzący: Dr Barbara Gil

Ćw. 11 wersja testowa Wyznaczanie odległości krytycznej R 0 rezonansowego przeniesienia energii (FRET)

Repeta z wykładu nr 11. Detekcja światła. Fluorescencja. Eksperyment optyczny. Sebastian Maćkowski

dr inż. Beata Brożek-Pluska SERS La boratorium La serowej

SKUTECZNOŚĆ IZOLACJI JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

Jak analizować widmo IR?

EKSTRAHOWANIE KWASÓW NUKLEINOWYCH JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Ćwiczenie nr 5 - Reaktywne formy tlenu

ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII NMR W MEDYCYNIE

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY (MRJ) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

Monitorowanie stabilności oksydacyjnej oleju rzepakowego na

Pomiary widm fotoluminescencji

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Wprowadzenie 1. Substancje powierzchniowo czynne Wykazują tendencję do gromadzenia się na granicy faz Nie przechodzą do fazy gazowej

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

Metody optyczne w medycynie

PODSTAWY METODY SPEKTROSKOPI W PODCZERWIENI ABSORPCJA, EMISJA

KREW: 1. Oznaczenie stężenia Hb. Metoda cyjanmethemoglobinowa: Zasada metody:

Oznaczanie mocznika w płynach ustrojowych metodą hydrolizy enzymatycznej

METODY SPEKTROSKOPOWE II. UV-VIS od teorii do praktyki Jakub Grynda Katedra Technologii Leków i Biochemii

ĆWICZENIE 2 WYZNACZANIE WYDAJNOŚCI KWANTOWYCH ORAZ CZASÓW ZANIKU LUMINESCENCJI ZWIĄZKÓW W ROZTWORZE ORAZ CIELE STAŁYM, CZ. II.

ĆWICZENIE 3 LUMINOFORY ORGANICZNE I NIEORGANICZNE.

SPEKTROFOTOMETRYCZNA ANALIZA

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

METODYKA POMIARÓW WIDM FLUORESCENCJI (WF) NA MPF-3 (PERKIN-HITACHI)

Uniwersytet Jagielloński. Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej i Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii. Rozprawa Doktorska

METODYKA POMIARÓW WIDM ABSORPCJI (WA) NA CARY-300 (Varian) i V-550 (JASCO)

SPEKTROMETRIA CIEKŁOSCYNTYLACYJNA

Dobór warunków dla poprawnego pomiaru widm emisji i wydajności kwantowych emisji

Techniki analityczne. Podział technik analitycznych. Metody spektroskopowe. Spektroskopia elektronowa

Badanie dynamiki rekombinacji ekscytonów w zawiesinach półprzewodnikowych kropek kwantowych PbS

Opis programu Konwersja MPF Spis treści

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Mody sprzężone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie stałej szybkości i rzędu reakcji metodą graficzną. opiekun mgr K.

Spektrometria w bliskiej podczerwieni - zastosowanie w cukrownictwie. Radosław Gruska Politechnika Łódzka Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Fizyko-chemiczne badania. w zabytkach rękopiśmiennych

Podstawy elektrochemii

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Instrukcje opracowane przez: dr inż. Urszulę Kucharską dr hab. inż. Joannę Leszczyńską

TECHNOLOGIE MATERIAŁÓW. dr inż. Anna Zielińska-Jurek Katedra Technologii Chemicznej pok. 026 Ch.A., tel

Pracownia Jądrowa. dr Urszula Majewska. Spektrometria scyntylacyjna promieniowania γ.

Atomowa spektrometria absorpcyjna i emisyjna

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

Liniowe i nieliniowe własciwości optyczne chromoforów organiczych. Summer 2012, W_12

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

PRODUKTY CHEMICZNE Ćwiczenie nr 3 Oznaczanie zawartości oksygenatów w paliwach metodą FTIR

Analiza spektralna widma gwiezdnego

EWA PIĘTA. Streszczenie pracy doktorskiej

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

Spektrofotometryczne wyznaczanie stałej dysocjacji czerwieni fenolowej

WYZNACZANIE ODLEGŁOŚCI KRYTYCZNEJ POMIĘDZY CZĄSTECZKAMI DONORA I AKCEPTORA W PROCESIE REZONANSOWEGO PRZENIESIENIA ENERGII (FRET)

EFEKTEM FOTODYNAMICZNYM.

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie z właściwościami optycznymi tkanek i wybranych chromoforów.

Zakład Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii Centrum Cyklotronowe Bronowice, Instytut Fizyki Jądrowej PAN

ĆWICZENIE 3 LUMINOFORY ORAZ ZJAWISKA WYGASZANIA LUMINESCENCJI

Korozja atramentowa?? Fe 2+ - katalizuje utlenianie celulozy. Bezinwazyjne badania specjacji. atramenty żelazowo-galusowe w zabytkach rękopiśmiennych

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

Materiał obowiązujący do ćwiczeń z analizy instrumentalnej II rok OAM

41P6 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM PODSTAWOWY

Mikroskopia konfokalna: techniki obrazowania i komputerowa analiza danych.

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Ćwiczenie 31. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna, prawa absorpcji, budowa i działanie. Wstęp

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

WYDZIAŁ BIOCHEMII, BIOFIZYKI I BIOTECHNOLOGII Zakład Biofizyki Prof. dr hab. Tadeusz Sarna

Monochromatyzacja promieniowania molibdenowej lampy rentgenowskiej

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Transkrypt:

Badanie mechanizmów działania fotouczulaczy - pomiary tlenu singletowego i wolnych rodników Marta Kempa Badanie aktywności fotouczulaczy stosowanych w terapii PDT metodami fizykochemicznymi (prof. dr hab. A. Ratuszna)

1 Terapia fotodynamiczna - Fotouczulacz Terapia fotodynamiczna lek (fotouczulacz) + tlen + światło Mechanizm działania fotouczulaczy: 0 I typ fotoreakcji (przeniesienie elektronu lub wodoru) II typ fotoreakcji (transfer energii) F h F * 1 ISC F * 3 Type-I reaction 3 F * RH FH 3 F * RH F R RH FH F O O H O 3 1 O F0 HO 3 1 O F0 O O O H O Me O n n 1 Me Me O O H SOD O OH (Haber Weiss reaction) OH n 1 n OH OH (Fenton reaction) Me Oxidation of Substraces and Cellular Damage Type-II reaction 3 F 3 1 1 * O O F0 Rysunek 1. Fizyczne i chemiczne mechanizmy zachodzące podczas PDT.

Badane fotouczulacze - przykładowe struktury badanych związków Chl C 41 H 53 N 5 O 5 M=695,89m/mol Chl b C 53 H 79 N 7 O 13 M = 10,3 g/mol Chl d C 47 H 6 N 6 O 14 M=935,03 g/mol Rysunek. Przykładowe struktury fotouczulaczy z grupy chloryn.

Spektrofotometria Pomiary widm absorpcyjnych w różnych środowiskach: hydrofilowym, hydrofobowym oraz aprotycznym (położenie ostatniego pasma absorpcji, kontrola nad formą występowania badanych związków w różnych środowiskach) 0,9 5µM Chl Abs (a.u.) 0,6 0,3 chl PBS chl PBS + 0.% Triton X100 chl DMSO 0,0 300 400 500 600 700 wavelength (nm) Wykres 1. Widmo absorpcji chloryny.

Spektroskopia laserowa - detekcja fosforescencji fotogenerowanego tlenu singletowego 1 O Rejestracja emisji przy długości fali 170nm. W celu weryfikacji obserwowanego sygnału do badanych próbek dodawany jest azydek sodu (fizyczny wygaszacz tlenu singletowego) oraz wykorzystywane są dodatkowe filtry 1195nm i 1355nm. Związki wzbudzane są światłem laserowym o dł. 355nm. Pomiary wykonywane są dla związków rozpuszczonych w różnych środowiskach. Stężenie badanych związków 10μM. Filtry 170, 1195 i 1355nm Maksimum fosforescencji tlenu singletowego położone jest przy długości fali 170nm. Przy długościach fali 1195nm i 1355nm nie powinien być rejestrowany sygnał pochodzący od wzbudzonego tlenu. Jeżeli sygnał jest rejestrowany, może to oznaczać, że nie pochodzi on od 1 O.

Spektroskopia Laserowa A Signal intensity (au.) 1000 800 600 400 00 chl PBS (170nm) chl PBS (1195nm) chl PBS (1355nm) chl PBS + 5mM NAN3 (170nm) B Signal intensity (a.u.) 600 400 00 chl PBS + 0.% Triton X100 (170nm) chl PBS + 0.% Triton X100 (1195nm) chl PBS + 0.% Triton X100 (1355nm) chl PBS + 0.% Triton X100 + 5mM NaN3(170nm) 0 C Signal intensity (a.u.) 6000 4000 000 0 0 8000 16000 Time (ns) chl PBS DMSO (170nm) chl PBS DMSO (1195nm) chl PBS DMSO (1355nm) chl PBS DMSO + 5mM NaN3(170nm) 0 0000 40000 Time (ns) 0 0000 40000 Time (ns) Wykres. Pomiar emisji luminescencji przy różnych długościach fali w A - środowisku wodnym (PBS), B -hydrofobowym (Triton x 100) oraz C- aprotycznym.

Spektroskopia EPR, Fotokonsumpcja tlenu przy użyciu sondy spinowej mhctpo. Rejestracja sygnału sondy spinowej w czasie naświetlania badanej próbki. Naświetlanie z zakresu 54-74nm. Obserwowany zanik tlenu będzie sugerował możliwość produkcji rodników w badanym układzie. Pomiary wykonywane są dla związków rozpuszczonych w różnych środowiskach. Dodatkowo metodą tą można pośrednio sprawdzić, czy w układzie generowany jest 1 O (zamiana środowiska z H O na D O, dodanie Histydyny, NaN 3 ). Rysunek 3. Struktura chemiczna sondy spinowej mhctpo. Rysunek 4. Sygnał sondy spinowej mhctpo. A wysoka koncentracja tlenu; B - niska koncentracja tlenu. Wyznaczany parametr R jest proporcjonalny do koncentracji tlenu w badanym układzie.

Fotokonsumpcja tlenu A 0,30 chl PBS chl PBS+ 0.5mM NADH chl PBS+ 0.5mM NADH + 5mM NaN3 chl PBS+ 1mM His chl DO+ 1mM His B 0,30 chl PBS+ 0.5% triton X100 chl PBS+ 0.5% triton X100 + 0.5mM NADH chl PBS+ 0.5% triton X100 + 0.5mM NADH + 5mM NaN3 chl PBS+ 0.5% tritonx100+1mm His chl DO+ 0.5% tritonx100+1mm His Oxygen concentration (a.u.) 0,5 0,0 0,15 0,10 0,05 0,00 Oxygen concentration (a.u.) 0,5 0,0 0,15 0,10 0,05 0,00 0 1 3 4 5 6 7 Irradiation time (min) 0 1 3 4 5 6 7 Irradiation time (min) Wykres 3. Zmiany stężenia tlenu w trakcie naświetlania chl. Pomiary dla próbki w środowisku A - wodnym oraz B - hydrofobowym.

Spektroskopia EPR, Pułapkowanie spinowe w celu identyfikacji i porównania kinetyki fotogenerowanych rodników tlenowych w różnych układach modelowych. Badanie zmian amplitudy sygnału powstałych adduktów w trakcie naświetlania próbki. Naświetlanie w zakresie 54-74nm. Pomiary wykonywane dla związków rozpuszczonych w różnych środowiskach. R + ST ST- R Popularne pułapki: 1) -metylo--nitrozopropan, MNP ) α-fenylo-n-t-butylonitron, PBN 3) 5,5-dimetylo-1-pyrolino-N-tlenek, DMPO 4),,6,6-Tetrametyl-1-piperidinyloxy, TEMPO schemat reakcji pułapkowania spinowego Powstały addukt wykazuje charakterystyczne widmo EPR. Identyfikaca spułapkowanego rodnika oparta jest na stałych rozszczepienia nadsubtelnego występujące w widmach EPR próbki.

Pułapkowanie spinowe a N =14,3 G a H β=11,3 G a H I=1,4 G a N =14,9 G a H β=14,9 G Rysunek 5. A- Diagram pułapkowanego spinowo adduktu DMPO po interakcji z anionorodnikiem ponadtlenkowym oraz rodnikiem hydroksylowym, B- spektrum adduktu DMPO-OOH, C- spektrum adduktu DMPO-OH Hitoshi Togashi et al. Analysis of hepatic oxidative stress status by electron spin resonance spectroscopy and imaging, Free Radical Biology and Medicine, 000, 8 846-853

Signal intensity [a.u.] Signal intensity [a.u.] Pułapkowanie spinowe A,00E+05 1,50E+05 1,00E+05 5,00E+04 0,00E+00 + * + * * * + + + + B 1,50E+06 1,00E+06 5,00E+05 0,00E+00 * * * + + + + + + * -5,00E+04-5,00E+05-1,00E+05-1,50E+05 -,00E+05 3350 3360 3370 3380 3390 3400 3410 340 Magentic Field [G] -1,00E+06-1,50E+06 3350 3360 3370 3380 3390 3400 3410 340 Magnetic Field [G] Rysunek 6. Spektrum EPR adduktu DMPO-OH (*) oraz DMPO-CH(CH 3 )OH (+) powstałego podczas naświetlania roztworu A - chl w PBS, B - chl w PBS+0.5% Triton X100 OH+CH 3 CH OH CH(CH 3 )OH DMPO DMPO-CH(CH 3 )OH (a N =15,8 G, a H β=,8g)

Pułapkowanie spinowe Signal amplitude DMPO-OH (a.u.) 1400000 100000 1000000 800000 600000 400000 00000 0 0 1 3 4 5 6 7 8 Irradiation time (min) chl PBS chl PBS + 0,5mM NADH chl PBS + 5mM NaN3 chl PBS + 0,5% Triton X 100 Signal amplitude DMPO-OH (a.u.) 600000 500000 400000 300000 00000 100000 0 chl PBS chl PBS + 0,5mM NADH chl PBS + SOD 50ug/ml chl PBS+0.5mM NADH+50u/ml SOD chl PBS+10% EOH chl PBS+0.5mM NADH+10% EOH 0 1 3 4 5 6 7 8 Irradiation time (min) Wykres 4. Zmiany amplitudy rejestrowanego sygnału DMPO-OH w trakcie naświetlania chl.

Signal intensity [a.u.] A Spektroskopia EPR, Wykrywanie obecności anionorodnika ponadtlenkowego O przy użyciu sondy Tiron. Badanie generowania anionorodnika ponadtlenkowego przez badane związki w trakcie ich naświetlania. Naświetlanie w zakresie 54-74nm. Rejestracja sygnału semichinionu. Pomiary wykonywane dla związków rozpuszczonych w różnych 1,0E+06 8,0E+05 6,0E+05 4,0E+05,0E+05 0,0E+00 -,0E+05-4,0E+05-6,0E+05-8,0E+05-1,0E+06 środowiskach. -1,E+06 3380 3385 3390 3395 3400 Magnetic field [G] Rysunek 7. A - Przykładowy zarejestrowany sygnał semichinionu, B struktura chemiczna sondy spinowej Tiron. B Signal amplitude(a.u.) 1400000 100000 1000000 800000 600000 400000 00000 0 chl PBS chl PBS+50u/ml SOD chl PBS+0,5% tritonx100 (siatka) chl PBS+0,5% tritonx100+0,5mm NADH (siatka) 0 1 3 4 5 6 7 Irradiation time (min) Wykres 5. Zmiany amplitudy rejestrowanego sygnału semichinionu w trakcie naświetlania chl.

Podsumowanie Stopień monomeryzacji chloryn w badanych środowiskach determinuje fotosensybilizującą efektywność, wpływa również na rodzaj mechanizmu działania jaki dominuje w danym układzie. Prowadzone badania potwierdziły wytwarzanie przez badane związki reaktywnych form tlenu. W środowisku wodnym przeważa mechanizm typu I, w którym kluczowa rolę odgrywają wolne rodniki takie jak anionorodnik ponadtlenkowy i rodnik hydroksylowy. W środowisku micelarnym dużą rolę będzie odgrywał Typ II fotosensybilizowanego utleniania. Jednakże Typ I zdaje się wciąż być bardzo znaczący, a nawet bardziej niż w środowisku hydrofilowym.

Dziękuję za uwagę