Effect of fluence rate on photochemlcal oxygen depletion after photosensitization of spheroids and lumor xenografts by mets-tétra(hydroxyphényl)chlorln. Activation by photosensitizstion of monocytes dlfferenciated into mascrophages
Effet de l'irradiance sur la déplétion photochimique en oxygène après photosensibilisation de sphéroïdes et de xénogreffes tumorales par la méta-tétra(hydroxyphénil)chlorine : activation par photosensibilisation de monocytes différenciés en macrophages
Résumé
Fluence rate effect was studied in multicell Colo26 mouse colorectal tumor spheroid and in mice bearing human colon adenocarcinoma HT29 tumors photosensitized by mTHPC (meta-tetra(hydroxyphenyl)chlorin), in arder to establish a direct relationship between light regimen,
photodynamic therapy (PDT) efficacy and tumor oxygenation, and to evaluate the relative prevalence of the cytotoxic and vascular effects of PDT. The impact of photosensitization on the activity of immune cells was also evaluated. mTHPC photodegradation and PDT efficacy in Col026 spheroids lncreased when the fluence rate was progressively reduced from 90 to 5 mW/cm2. The consistence of these results with a mathematical model of photobleaching based on self-sensitized singlet oxygen C02) reactions with the
photosensitizer ground state shows that the dependence on fluence rate is due to photochemical oxygen consumption and a predominantly 102-mediated mechanism of mTHPC photobleachlng. The threshold dose of reacting O2 is 7,9 ± 2,2 mM. Oxygen partial pressure (p02) of HT29 tumors irradiated at 160 or 90 mW/cm2 decreases significantly during irradiation, whereas tumor oxygenation is maintained in tumors treated at 30 or 5 mW/cm2. The
return of the pO2 data 5 min after the end of PDT to values at least equal to baseline levels exclude the possibility of significant vessel damage during PDT. Tumors treated at 30 and 5 mW/cm2 exhibited longer tumor quadrupling time than tumors treated at 160 or 90 mW/cm2. These results are comparable
to those obtained in spheroids, so direct photocytotoxic effects could be prevalent in our system. Sublethal doses of light lead to the activation of the phagocytic activity of U937 monocytes differenciated into macrophages, and of the production of tumar necrosis factor-a and nitric oxide. The
activation of macrophages during mTHPC-based PDT could play a role in tumor destruction.
L'effet de l'irradiance a été étudié sur des sphéroïdes de cellules de tumeurs colorectales murines Colo26 et des souris porteuses d'adénocarcinome de colon humain HT29 photosensibilisés par la
mTHPC (meta-tetra(hydroxyphenyl)chlorin), afin d'établir un lien direct entre le régime d'irradiation, l'efficacité de la thérapie photodynamique (PDT) et l'oxygénation des tumeurs, et d'évaluer l'importance relative des effets cytotoxiques et vasculaires de la PDT. La possibilité d'activation de cellules immunitaires par photosensibilisation a aussi été étudiée. La photodégradation et la photocytotoxicité de la mTHPC dans les sphéroïdes Colo26 augmentent
lorsque l'irradiance est progressivement diminuée de 90 à 5 mW/cm2. La concordance des résultats avec une simulation mathématique dephotoblanchiment basée sur la réaction entre l'oxygène singulet (102) et la mTHPC à l'état fondamental montre que cette dépendance envers l'irradiance est due à la consommation photochimique en oxygène et à un mécanisme de photoblanchiment principalement médié par 02. La dose seuil de 102 nécessaire à induire une toxicité est 7,9 ± 2,2 mM. La pression partielle en oxygène (p02) de tumeurs HT29 traitées à 160 et 90 mW/cm2 diminue
significativement durant l'irradiation alors que l'oxygénation de tumeurs traitées à 30 et 5 mW/cm2 est maintenue. Le retour des p02 à leur niveau initial 5 min après la PDT exclut la possibilité de lésions vasculaires durant l'irradiation. Les tumeurs traitées à 160 et 90 mW/cm2 quadruplent de volume au bout d'une durée inférieure à celles traitées à 30 ou 5 mW/cm2. Ces résultats sont comparables à ceux obtenus sur sphéroïdes ; les effets cytotoxiques directs seraient donc prédominants. Des doses sublétales de lumière stimulent la phagocytose, la production de Tumor-Necrosis Factor-a et d'oxyde nitrique par des monocytes U937 différenciés en macrophages et sensibilisés par la
mTHPC. L'activation des macrophages durant la PDT avec la mTHPC pourrait intervenir dans la destruction tumorale.