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BODIPY-Based Photothermal Agents with Excellent Phototoxic Indices for Cancer Treatment
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2023-02-13 , DOI: 10.1021/jacs.2c11650 Lukas Schneider 1 , Martina Kalt 1, 2 , Samuel Koch 1 , Shanmugi Sithamparanathan 1 , Veronika Villiger 1 , Johann Mattiat 1 , Flavia Kradolfer 1 , Ekaterina Slyshkina 1 , Sandra Luber 1 , Mathias Bonmarin 3 , Caroline Maake 2 , Bernhard Spingler 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2023-02-13 , DOI: 10.1021/jacs.2c11650 Lukas Schneider 1 , Martina Kalt 1, 2 , Samuel Koch 1 , Shanmugi Sithamparanathan 1 , Veronika Villiger 1 , Johann Mattiat 1 , Flavia Kradolfer 1 , Ekaterina Slyshkina 1 , Sandra Luber 1 , Mathias Bonmarin 3 , Caroline Maake 2 , Bernhard Spingler 1
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Here, we report six novel, easily accessible BODIPY-based agents for cancer treatment. In contrast to established photodynamic therapy (PDT) agents, these BODIPY-based compounds show additional photothermal activity and their cytotoxicity is not dependent on the generation of reactive oxygen species (ROS). The agents show high photocytotoxicity upon irradiation with light and low dark toxicity in different cancer cell lines in 2D culture as well as in 3D multicellular tumor spheroids (MCTSs). The ratio of dark to light toxicity (phototoxic index, PI) of these agents reaches striking values exceeding 830,000 after irradiation with energetically low doses of light at 630 nm. The oxygen-dependent mechanism of action (MOA) of established photosensitizers (PSs) hampers effective clinical deployment of these agents. Under hypoxic conditions (0.2% O2), which are known to limit the efficiency of conventional PSs in solid tumors, photocytotoxicity was induced at the same concentration levels, indicating an oxygen-independent photothermal MOA. With a PI exceeding 360,000 under hypoxic conditions, both PI values are the highest reported to date. We anticipate that small molecule agents with a photothermal MOA, such as the BODIPY-based compounds reported in this work, may overcome this barrier and provide a new avenue to cancer therapy.
中文翻译：
具有优异光毒性指数的 BODIPY 基光热剂用于癌症治疗
在这里，我们报告了六种新颖、易于获取的基于 BODIPY 的癌症治疗药物。与已建立的光动力疗法 (PDT) 药物相比，这些基于 BODIPY 的化合物显示出额外的光热活性，并且它们的细胞毒性不依赖于活性氧 (ROS) 的产生。这些试剂在 2D 培养的不同癌细胞系以及 3D 多细胞肿瘤球体 (MCTS) 中显示出高光细胞毒性和低暗毒性。在用 630 nm 的高能低剂量光照射后，这些试剂的暗毒性与光毒性的比率（光毒性指数，PI）达到超过 830,000 的惊人值。已建立的光敏剂 (PS) 的氧依赖性作用机制 (MOA) 阻碍了这些药物的有效临床部署。在缺氧条件下（0.2% O2），已知限制实体瘤中常规 PS 的效率，在相同浓度水平下诱导光细胞毒性，表明不依赖氧的光热 MOA。在低氧条件下 PI 超过 360,000，这两个 PI 值都是迄今为止报告的最高值。我们预计具有光热 MOA 的小分子试剂，例如本研究中报道的基于 BODIPY 的化合物，可能会克服这一障碍并为癌症治疗提供新途径。
更新日期：2023-02-13
中文翻译：
具有优异光毒性指数的 BODIPY 基光热剂用于癌症治疗
在这里，我们报告了六种新颖、易于获取的基于 BODIPY 的癌症治疗药物。与已建立的光动力疗法 (PDT) 药物相比，这些基于 BODIPY 的化合物显示出额外的光热活性，并且它们的细胞毒性不依赖于活性氧 (ROS) 的产生。这些试剂在 2D 培养的不同癌细胞系以及 3D 多细胞肿瘤球体 (MCTS) 中显示出高光细胞毒性和低暗毒性。在用 630 nm 的高能低剂量光照射后，这些试剂的暗毒性与光毒性的比率（光毒性指数，PI）达到超过 830,000 的惊人值。已建立的光敏剂 (PS) 的氧依赖性作用机制 (MOA) 阻碍了这些药物的有效临床部署。在缺氧条件下（0.2% O2），已知限制实体瘤中常规 PS 的效率，在相同浓度水平下诱导光细胞毒性，表明不依赖氧的光热 MOA。在低氧条件下 PI 超过 360,000，这两个 PI 值都是迄今为止报告的最高值。我们预计具有光热 MOA 的小分子试剂，例如本研究中报道的基于 BODIPY 的化合物，可能会克服这一障碍并为癌症治疗提供新途径。
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