Majority of anti-cancer drugs have been reported as chromophores that can transfer the energy of absorbed light to neighboring metabolites. This group of drugs has been categorized as conventional photosensitizers (PS); while the tumor therapy modality that combines the use of PS with light to generate toxic reactive oxygen species (ROS) has been termed photodynamic therapy (PDT). Moreover, recent researches and clinical studies have been reported to be currently investigating optimal combinations of PS, light sources and ligands for the efficient treatment of various cancers. On the one hand, clinical advantages of conventional PS such as the achievement of localized effects have been reported during PDT of various cancers, unlike the limited specificity of chemotherapeutic and other anti-cancer drugs. However, a number of unmet needs have also been identified in PDT based on the conventional PS agents, despite of the achieved specificity and clinical results. On the other hand, quantum dot (QD) nanocrystals have received considerable interest as PS in recent years due to improved properties such as strong absorption, durable fluorescence and cumulative yield of ROS. Indeed, the exploitation of QD unique optical properties has been the basis of their examination as PDT agents, in addition to various biological applications. Thus, this thesis addressed the improvement of tumor PDT through the development of multifunctional QD-based conjugates with tumor-specific pattern of internalization and enhanced photosensitization-mediated toxicity. Specifically, the conjugated PS complexes consisted of indium phosphide (InP) or cadmium selenide (CdSe) QDs coupled to either anticancer doxorubicin (Dox) or receptor-targeting ligands such as dopamine (DA) and Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF). Conjugation was assessed by Electophoretic mobility shift assay (EMSA) and spectroscopic methods, whereas conjugate uptake was examined by confocal microscopy. In addition, the photosensitization-mediated toxicity was evaluated through determination of the conjugate Effective Concentration at half maximum effect (EC50) on melanoma cell lines, using Sulfo-Rhodamine B (SRB) colorimetric assays. Interestingly, QD-based PS conjugates revealed distinctive electrophoretic or spectroscopic profiles, specific uptake pattern as well as ECs50 about four to five or two times more efficient, by comparison to respective free QDs or Dox. Overall, the conjugation of QDs, to molecules that initially were or were not conventional PS, generated anti-cancer complexes that simultaneously combined efficient absorption, receptor-induced endocytosis and photosensitization-mediated toxicity, unlike conventional organic PS 1. Thus, the use of QDs, as either donors or acceptors of fluorescence resonance energy transfer (FRET) 2 within multifunctional PS conjugates, has constituted an excellent approach that would lead to the enhancement of PDT efficacy during the treatment of deep tumors, with an additional advantage of further reduced dosage of PS. / Diverses études ont rapporté nombre d'anticancéreux comme des chromophores capables de transférer l'énergie lumineuse absorbée aux métabolites environnants. Ce groupe de médicaments est classé dans la catégorie des photosensibilisateurs (PS) conventionnels; cependant le type de thérapie combinant l'usage des PS à la lumière en vue de générer des espèces réactives oxygénées (ROS) toxiques est dit thérapie photodynamique (TPD). Par ailleurs, des recherches et études cliniques examinent actuellement les combinaisons optimales des PS, sources lumineuses et ligands, devant traiter de façon efficace divers cancers. D'une part, les avantages cliniques des PS conventionnels tels que des effets thérapeutiques localisés ont été rapportés lors de la TPD de diverses tumeurs malignes, à l'opposé de la spécificité restreinte de la chimiothérapie et d'autres traitements anti-tumoraux. Toutefois, certains besoins thérapeutiques insatisfaits ont été rapportés lors de l'usage des PS conventionnels, nonobstant les résultats cliniques accomplis. D'autre part, les nanocristaux de points quantiques (PQ) ont récemment fait l'objet d'une grande attention en tant que PS grâce à leurs propriétés innovantes telles une forte absorption, une fluorescence durable et un rendement cumulatif en ROS. En effet, l'exploitation des caractéristiques optiques uniques des PQ a été la base de leur récente étude comme agents de TPD, en plus de diverses applications biologiques. Ainsi, la présente thèse a adressé l'amélioration de la TPD des néoplasmes malins à travers le développement des conjugués multifonctionnels à base des PQ possédant un profil d'internalisation spécifique aux cellules cancéreuses et une toxicité induite par photosensibilisation. De façon plus spécifique, les conjugués PS ont été composés de PQ de phosphure d'indium (InP) ou de séléniure de cadmium (CdSe) couplés soit a l'anticancéreux doxorubicine (Dox) ou aux ligands à récepteurs spécifiques tels que la dopamine (DA) ou le factor de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF). La conjugaison fut évaluée par le test de retard sur gel d'électrophorèse (EMSA) et par des méthodes spectroscopiques, tandis que l'internalisation des conjugués fut examinée par microscopie confocale. De façon additionnelle, la toxicité induite par photosensibilisation fut pour sa part évaluée grâce à la détermination de la concentration efficace des conjugués à 50% de leur effet maximal (EC50) sur des lignées cellulaires de mélanome, au moyen des tests colorimétriques à la Sulfo-Rhodamine B (SRB). De façon intéressante, les conjugués PS à base de PQ ont révélé des profiles électrophorétique ou spectroscopique distincts, une internalisation caractéristique ainsi que des ECs50 environ quatre-cinq ou deux fois plus effectives comparativement aux PQs ou Dox libres correspondants. De façon globale, la conjugaison des PQ aux molécules ayant préalablement été ou non des PS conventionnels, a généré des complexes anticancéreux combinant simultanément absorption efficace, endocytose médiée par récepteurs ainsi que toxicité induite par photosensibilisation, à l'opposé des PS organiques conventionnels 1. Ainsi, l'usage des PQ, en tant que donneurs ou receveurs du transfert d'énergie de résonnance fluorescente (FRET) 2 au sein du conjugué multifonctionnel de PS, a constitué une excellente approche qui conduirait à rehausser l'efficacité de la TPD lors du traitement des tumeurs profondes, en plus de l'avantage additionnel d'une réduction considérable en dose de PS.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104823 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Ntumba, Kalonji |
| Contributors | Sylvie Fournier (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Microbiology & Immunology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0027 seconds