biological activities of phthalocyanines

8/7/2019 Biological activities of phthalocyanines

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r (1993), 67, 1177-1181 C) Macmillan P r e s s L t d . , 1993~~~B i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f p h t h a l o c y a n i n e s -X V I . T e t r a h y d r o x y - a n dt e t r a a l k y l h y d r o x y zinc p h t h a l o c y a n i n e s . E f f e c t o f a l k y l c h a i n l e n g t h on i nv i t r o a n d i n v i v o p h o t o d y n a m i c a c t i v i t i e sR . W . B o y l e ' , C . C . L e z n o f f 2 & J . E . van L i e r ''MRC G r o u p i n t h e R a d i a t i o n S c i e n c e s , F a c u l t y o f M e d i c i n e , U n i v e r s i t y o f S h e r b r o o k e , Q u e b e c , C a n a d a JIH 5 N 4 ; 2 D e p a r t m e n to f C h e m i s t r y , Y o r k U n i v e r s i t y , N o r t h Y o r k , O n t a r i o , C a n a d a M3J I P 3 .

S u m m a r y Z i n c p h t h a l o c y a n i n e s u b s t i t u t e d w i t h f o u r h y d r o x y l g r o u p s a t t a c h e d t o t h e m a c r o c y c l e , e i t h e rd i r e c t l y or v i a s p a c e r c h a i n s o f t h r e e o r s i x c a r b o n a t o m s , w e r e t e s t e d f o r t h e i r p h o t o d y n a m i c a b i l i t y t oi n a c t i v a t e C h i n e se h a m s te r l u n g f i b r o b l a s t s ( l i n e V - 7 9 ) i n v i t r o , a n d t o i n d u c e r e g r e s s i o n o f EMT-6 t u m o u r sgrown s u b c u t a n e o u s l y i n B a l b / c m i c e . T h e i r p o t e n t i a l t o i n f l i c t d i r e c t c e l l k i l l i n g d u r i n g p h o t o d y n a m i c t h e r a p ywas i n v e s t i g a t e d b y e x a m i n i n g v a s c u l a r s t a s i s i m m e d i a t e l y f o l l o w i n g p h o t o i r r a d i a t i o n u s i n g f l u o r e s c e i n a s am a r k e r , a n d a l s o b y an i n v i v o / i n v i t r o EMT-6 c e l l s u r v i v a l a s s a y . B o t h o f t h e t e t r a a l k y l h y d r o x y s u b s t i t u t e dz i n c p h t h a l o c y a n i n e s ar e e f f e c t i v e p h o t o d y n a m i c s e n s i t i s e r s i n v i v o w i t h t h e t e t r a p r o p y l h y d r o x y c o m p o u n de x h i b i t i n g a b o u t t w i c e t h e a c t i v i t y o f t h e t e t r a h e x y l h y d r o x y a n a l o g u e . T h e d i f f e r e n c e s i n a c t i v i t i e s w e r ea c c e n t u a t e d i n v i t r o , t h e t e t r a p r o p y l h y d r o x y c o m p o u n d was t w o o r d e r s o f m a g n i t u d e more p o t e n t t h a n t h et e t r a h e x y l h y d r o x y a n a l o g u e i n p h o t o i n a c t i v a t i n g V - 7 9 c e l l s . T h e t e t r a h y d r o x y c o m p o u n d l a c k i n g s p a c e r c h a i n sf a i l e d t o e x h i b i t p h o t o d y n a m i c a c t i v i t y i n e i t h e r s y s t e m . Tumour r e s p o n s e w i t h t h e a c t i v e c o m p o u n d s w a sp r e c e d e d b y v a s c u l a r s t a s i s i m m e d i a t e f o l l o w i n g i r r a d i a t i o n w h i c h s u g g e s t s , t o g e t h e r w i t h t h e a b s e n c e o fa c t i v i t y i n t h e i n v i v o / i n v i t r o a s s a y , t h a t tumour r e g r e s s i o n i n v o l v e s an i n d i r e c t r e s p o n s e t o t h e p h o t o d y n a m i ca c t i o n r a t h e r t h a n d i r e c t c e l l k i l l i n g . T h e s e d a t a d e m o n s t r a t e t h e i m p o r t a n c e o f t h e s p a t i a l o r i e n t a t i o n o ff u n c t i o n a l groups a r o u n d t h e m a c r o c y c l e o f p h o t o s e n s i t i s e r s f o r t h e i r e f f i c a c y i n t h e p h o t o d y n a m i c t h e r a p y o fcancer.

P h o t o d y n a m i c t h e r a p y ( P D T ) ( D o u g h e r t y , 1 9 8 7 ; H e n d e r s o n& D o u g h e r t y , 1 9 9 2 ; Moan & B e r g , 1 9 9 2 ) o f s o l i d t u m o u r s i si n p h a s e I I I c l i n i c a l t r i a l s a n d i s s o o n l i k e l y t o b e an e s t a b -l i s h e d t r e a t m e n t c o m p l e m e n t i n g r a d i o - a n d c h e m o t h e r a p y .T h e p h o t o s e n s i t i s e r c u r r e n t l y u s e d , P h o t o f r i n I I . m ( P - I I ) , i s ac o m p l e x m i x t u r e o f p o r p h y r i n d i m e r s a n d o l i g o m e r s , t h ea c t i v e c o m p o n e n t o f w h i c h , a s y e t , r e m a i n s u n i d e n t i f i e d . I t i s ,t h e r e f o r e , o f i n c r e a s i n g i m p o r t a n c e t h a t ' s e c o n d g e n e r a t i o n 'p h o t o s e n s i t i s e r s o f k n o w n c o m p o s i t i o n a n d i n c r e a s e d p h o t o -d y n a m i c a c t i v i t y a r e d e v e l o p e d t o p r o v i d e a n a l t e r n a t i v e t oP - I I . P h t h a l o c y a n i n e s ( P c ' s ) h a v e b e e n p r o p o s e d a s p r o m i s i n gp o t e n t i a l PDT a g e n t s ( f o r r e c e n t r e v i e w s s e e v a n L i e r , 1 9 9 0 ;R o s e n t h a l , 1 9 9 1 ) p r i m a r i l y b e c a us e o f t h e h i g h m o l a r a b s o r p -t i v i t y o f t h e s e c o m p o u n d s i n t h e r e d r e g i o n o f t h e v i s i b l es p e c t r u m ( e t 1 0 5 M' cm' a t 6 7 0 - 6 8 0 nm w h e n f u l l ym o n o m e r i s e d c o m p a r e d t o a 1 0 3 M - ' c m ' 1 a t 630nm f o rP - I I ) w h e r e t i s s u e t r a n s m i s s i o n b y v i s i b l e l i g h t i s m o r ee f f i c e n t . T h e i r p h o t o d y n a m i c a c t i v i t i e s i n v i v o l a r g e l y d e p e n do n p h a r m a c o k i n e t i c s a n d i n t r a t i s s u l a r d i s t r i b u t i o n p a t t e r na n d o n l y l i m i t e d s t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s h a v e b ee np u t f o r t h ( P a q u e t t e & v a n L i e r , 1 9 9 2 ) . D e g r e e o f s u l f o n a t i o no f P c ' s i s t h e m o s t s t u d i e d s t r u c t u r a l v a r i a b l e , h o w e v e r , m a n ya l t e r n a t i v e s u b s t i t u e n t s a r e p o s s i b l e a n d r e m a i n u n e x p l o r e d .An a p p r o a c h t o w a r d s t h e s y n t h e s i s o f n o v e l P c ' s o n t h e b a s i so f k n o w n s t r u c t u r a l d a t a , a n d g o o d p h o t o d y n a m i c p r o p e r t i e so f r e l a t e d c o m p o u n d s , c o u l d b e p o t e n t i a l l y r e w a r d i n g , a n dt h i s i s t h e r a t i o n a l e f o r t h e c u r r e n t s t u d y .B e r e n b a u m e t a l . ( 1 9 8 6 ) t e s t e d t h e o r t h o , m e t a a n d p a r ai s o m e r s o f m e s o - t e t r a ( h y d r o x y p h e n y l ) p o r p h i n e ( T H P P ) f o rt h e i r i n v i v o p h o t o d y n a m i c a c t i v i t y a n d s k i n p h o t o s e n s i t i s a -t i o n . A l t h o u g h t h e m - a n d o-THPP h a v e v e r y s i m i l a r p h o t o -p h y s i c a l p r o p e r t i e s a n d s i m i l a r a b s o r b a n c e s a t t h e w a v e l e n g t hu s e d f o r PDT ( B o n n e t t e t a l . , 1 9 8 8 ) , t h e m-THPP i s t w i c e a se f f e c t i v e a s o-THPP i n s e n s i t i s i n g t u m o u r s , w h i l e o-THPP i sf o u r t i m e s a s p o t e n t a s m-THPP i n s e n s i t i s i n g s k i n . D o s e s o fp-THPP a n d m-THPP t h a t p r o d u c e e q u a l t u m o u r n e c r o s i sa r e o f t h e r a t i o 5 : 1 , w h i l e t h e i r m o l a r a b s o r b a n c e s a t t h ei l l u m i n a t i n g w a v e l e n g t h s a r e o f t h e r a t i o 2 : 1 . T h e s e d a t as u g g e s t t h a t m-THPP h a s c o n s i d e r a b l y g r e a t e r a b i l i t y t h a nC o r r e s p o n d e n c e : J . E . v a n L i e r .R e c e i v e d 8 J u l y 1 9 9 2 ; a n d i n r e v i s e d f o r m 8 D e c e m b e r 1 9 9 2 .

t h e p a r a a n d o r t h o i s o m e r s t o l o c a l i s e a t t h e a p p r o p r i a t e s i t e ,i n d i c a t i n g t h a t t h e r e l a t i v e s p e c i a l o r i e n t a t i o n o f t h e h y d r o x yg r o u p s a r o u n d t h e m a c r o c y c l e i s o f c r u c i a l i m p o r t a n c e . Ons u c h a c c o u n t s we s y n t h e s i s e d z i n c p h t h a l o c y a n i n e s ( Z n P c )s u b s t i t u t e d w i t h h y d r o x y l g r o u p s f u s e d d i r e c t l y , a n d r i g i d l y ,t o t h e P c s k e l e t o n ( i . e . t e t r a h y d r o x y z i n c p h t h a l o c y a n i n e ,Z n P c ( O H ) 4 ) , a n d w i t h h y d r o x y g r o u p s a t t a c h e d t o t h e P c b ya l i p h a t i c c h a i n s o f t h r e e a n d s i x c a r b o n s r e s p e c t i v e l y ( t e t r a p -r o p y l h y d r o x y z i n c p h t h a l o c y a n i n e , Z n P c ( p r O H ) 4 a n d t e t r a -h e x y l h y d r o x y z i n c p h t h a l o c y a n i n e , Z n P c ( h x O H ) 4 ) ( F i g u r e 1 ) .R e d d i e t a l . ( 1 9 9 0 ) s h o w e d t h a t u n s u b s t i t u t e d Z n P c i s p h o t o -d y n a m i c a l l y a c t i v e w h e n i n c o r p o r a t e d i n l i p o s o m e s o r l o wd e n s i t y l i p o p r o t e i n . T h e p r e s e n t s e r i e s o f Z n P c d e r i v a t i v e sa l l o w e d u s t o s t u d y t h e e f f e c t o f i n c r e a s i n g d i s t a n c e s a n df r e e d o m o f m o v e m e n t f o r t h e f o u r h y dr o x y l g r o u p s o np h o t o d y n a m i c a c t i v i t i e s b o t h u n d e r i n v i t r o a n d i n v i v o c o n d i -t i o n s . C e r t a i n a s p e c t s o f t h e m e c h a n i s m o f a c t i o n w e r e a l s oi n v e s t i g a t e d u s i n g a n i n v i v o / i n v i t r o a s s a y , a n d t h e a s s e s s -ment o f v a s c u l a r o c c l u s i o n i m m e d i a t e l y f o l l o w i n g P D T .

M a t e r i a l s a n d m e t h o d sP h o t o s e n s i t i s e r sS y n t h e s i s o f Z n P c ( O H ) 4 h a s b e e n d e s c r i b e d i n d e t a i l e l s e -w h e r e ( R o s e n t h a l e t a l . , 1 9 8 7 ) . T h e Z n P c ( p r O H ) 4 a n d Z n P c( h x O H ) 4 w e r e p r e p a r e d f r o m 4 - i o d o p h t h a l o n i t r i l e ( M a r c c u c -c i o e t a l . , 1 9 8 5 ) b y p a l l a d i u m c a t a l y s e d a l k y n a t i o n , f o l l o w e db y c a t a l y t i c h y d r o g e n a t i o n o v e r 10% p a l l a d i u m o n c h a r c o a lt o g i v e 4 - ( p r o p y l h y d r o x y ) p h t h a l o n i t r i l e a n d 4 - ( h e x y l h y d r o x y ) -p h t h a l o n i t r i l e , b o t h o f w h i c h c o n d e n s e d c l e a n l y w i t h z i n cm e t a l a t 1 7 0 C t o g i v e Z n P c ( p r O H ) 4 a n d Z n P c ( h x O H ) 4r e s p e c t i v e l y . T h e f i n a l p r o d u c t s w e r e c h a r a c t e r i s e d b y t h e i ra b s o r b a n c e a n d m a s s s p e c t r a . Z n P c ( p r O H ) 4 : ) A . ( l o g 8 ) =6 7 5 nm ( 5 . 4 8 ) ; FAB-MS, M+ ( % ) = 8 1 0 ( 1 0 0 ) . Z n P c ( h x O H ) 4 :A m a x ( l o g a ) = 6 7 3 nm ( 5 . 4 ) ; FABS-MS, M+ ( % ) = 9 7 8 ( 1 0 0 ) .F u l l d e t a i l s o f t h e s e s y n t h e s e s w i l l b e p u b l i s h e d e l s e w h e r e .P h o t o f r i n I I . m w a s o b t a i n e d f r o m Q u a d r a l o g i c T e c h n o l o g i e sI n c . , V a n c o u v e r , B C , C a n a d a . T e t r a s u l p h o n a t e d z i n cp h t h a l o c y a n i n e ( Z n P c S 4 ) w a s p r e p a r e d b y t h e c o n d e n s a t i o nm e t h o d , a s p r e v i o u s l y d e s c r i b e d ( A l i e t a l . , 1 9 8 8 ) .

d f - " . M a c i n i l l a n P r e s s L t d . , 1 9 9 3r . J . C a n c e r ( 1 9 9 3 ) , 6 7 , 1 1 7 7 - 1 1 8 1


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1 1 7 8 R . W . BOYLE e t a l .

a b

OH

H O ( C H 2 ) x 'HO ( C H - J ,

OHH O ( C H 2 ) , x

F i g u r e 1 C h e m i c a l s t r u c t u r e s m-THPP a , Z n P c ( O H ) 4 ( b : x = 0 ) , Z n P c ( p r O H ) 4 ( b : x = 3 ) a n d Z n P c ( h x O H ) 4 ( b : x = 6 ) .

A n i m a l e x p e r i m e n t sA n i m a l e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d f o l l o w i n g t h e r ecom-m e n d a t i o n s o f t h e C a n a d i a n C o u n c i l on A n i m a l C a r e a n d o fa n i n - h o u s e e t h i c s c o m m i t t e e . T h e a n i m a l s w e r e a l l o w e d f r e eaccess t o w a t e r a n d f o o d t h r o u g h o u t t h e e x p e r i m e n t s . F e m a l eB a l b / c m i c e h a d one tumour t r a n s p l a n t e d i n t o t h e r i g h t h i n dt h i g h b y i n t r a d e r m a l i n j e c t i o n o f 2 x 1 0 5 EMT-6 mousemammary tumour c e l l s ( o b t a i n e d f r o m Dr C . - W . L i n , Mas-s a c h u s e t t s G e n e r a l H o s p i t a l , B o s t o n ) s u s p e n d e d i n 0 . 0 5 ml o fW a y m o u t h s ' medium ( G i b c o ) ( B r a s s e u r e t a l . , 1 9 8 8 ) . M i c ew e r e u s e d 6 - 7 d a y s p o s t - i n o c u l a t i o n when tumours h a dr e a c h e d a d i a m e t e r o f 3 - 5 mm. M i c e w e r e i n j e c t e d , v i a t h et a i l v e i n , w i t h P c a n d P - I I i n a s o l u t i o n o f C r e m o p h o r e EL( S i g m a ) , p r o p a n e - 1 , 2 - d i o l , a n d s a l i n e ( 1 0 : 3 : 8 7 ) . S u l f o n a t e d P ch a v e b e e n s h o w n t o r e a c h o p t i m a l c o n c e n t r a t i o n s i n v a r i o u sr o d e n t tumours a t 2 4 - 4 8 h p o s t - i n j e c t i o n ( T r a l a u e t a l . ,1 9 8 7 ; R o u s s e a u e t a l . , 1 9 9 0 ) a n d we a s s u m e d s i m i l a r b i o d i s -t r i b u t i o n p a t t e r n f o r t h e n o v e l P c d e r i v a t i v e s . A f t e r 2 4 h t h etumour was i r r a d i a t e d w i t h 6 5 0 - 7 0 0 nm l i g h t ( 4 0 0 J c m - 2 a ta f l u e n c e r a t e o f 1 8 0 mW c m - 2 ) d e l i v e r e d b y a 1 0 0 0 WX e n o n l a m p f i t t e d w i t h 10 cm w a t e r f i l t e r , a n d L S - 7 0 0 ( C o r -i o n ) a n d 2 - 5 8 ( C o r n i n g ) f i l t e r s . I n t h e case o f P - I l a b a n d o f6 0 0 - 6 5 0 nm was u s e d a t t h e same f l u e n c e , a n d f l u e n c e r a t e ,u s i n g L S - 6 0 0 ( C o r i o n ) a n d 6 5 0 - F L O 7 - 5 0 ( E a l i n g ) f i l t e r s .L i g h t was f o c u s e d on t h e tumour w i t h l e n s e s t o g i v e a f i n a lbeam o f 8 mm i n d i a m e t e r . T h e f l u e n c e a t t h e s u r f a c e o f t h etumour was c a l c u l a t e d f r o m t h e area u n d e r t h e a b s o r p t i o np e a k s f o r t h e m o n o m e r i c d y e s o l u t i o n s i n m e t h a n o l . Tumourt e m p e r a t u r e was m e a s u r e d ( B r a s s e u r e t a l . , 1 9 8 7 ) a n d rose t o3 5 C e x t e r n a l l y a n d 3 2 C i n t e r n a l l y a f t e r 1 0 m i n , i n b o t hcases t h e t e m p e r a t u r e r e m a i n e d c o n s t a n t f o r t h e r e m a i n d e r o ft h e i r r a d i a t i o n t i m e . Tumour response was a s s e s s e d q u a l i t a -t i v e l y a n d f o l l o w e d f r o m i n i t i a l n e c r o s i s ( w i t h i n 2 4 h ) , t oc u r e , a n d f o r a f o l l o w - up p er i o d o f 3 0 d a y s . Tumour cur ewas d e f i n e d as n e c r o s i s o f t h e tumour w i t h i n 4 8 h , f o l l o w e db y r e g r o w t h o f n o r m a l t i s s u e i n t h e t r e a t m e n t area a n d norecurrence o f t h e n e o p l a s m u p t o 3 0 d a y s p o s t i r r a d i a t i o n .N i n e m i c e w e r e u s e d t o c o n f i r m t h e m i n i m a l d o s e o f d y en e e d e d t o r e a c h t h e c u r e . No s p o n t a n e o u s r e g r e s s i o n o f t h etumour was n o t e d i n a c o n t r o l group o f n i n e m i c e over t h et i m e course o f t h e e x p e r i m e n t .I n v i t r o p h o t o c y t o t o x i c i t y assayC e l l s u r v i v a l o f C h i n e s e h a m s t e r l u n g f i b r o b l a s t s ( l i n e V - 7 9 )was d e t e r m i n e d b y a c o l o n y f o r m i n g assay ( B r a s s e u r e t a l . ,1 9 8 5 ) . P l a t e d c e l l s w e r e i n c u b a t e d w i t h 1 m l o f d y e i nmedium c o n t a i n i n g 1% s e r u m f o r I h i n t h e d a r k a t 3 7 C i n5% C O 2 . A f t e r r e m o v a l o f t h e d y e s o l u t i o n a n d w a s h i n g w i t hP B S , c e l l s w e r e r e f e d w i t h g r o w t h m e d i u m a n d e x p o s e d f o r4 m i n t o r e d l i g h t f r o m two 5 0 0 W t u n g s t e n / h a l o g e n l a m p s

( S y l v a n i a F C L ) f i t t e d w i t h a r e f r i g e r a t e d f i l t e r c o n t a i n i n ga q u e o u s R h o d a m i n e ( O D 5 8 0 = 1 . 2 5 ) a n d a r e d f i l t e r ( 2 6 -4 3 9 0 , E a l i n g ) . T h e f l u e n c e o v e r t h e a b s o r p t i o n p e a k s o f t h ep h o t o a c t i v e m o n o m e r i c d y e s w a s 2 . 4 A J cm2. T h e c e l l s w e r et h e n i n c u b a t e d a t 3 7 C i n 5% C O 2 f o r 6 - 7 d a y s . T h e d y ec o n c e n t r a t i o n i n f I M r e q u i r e d f o r 90 % c e l l m o r t a l i t y , i . e . t h ee x t r a c e l l u l a r L D 9 0 , w a s u s e d t o q u a n t i f y t h e a c t i v i t y o f e a c hd y e p r e p a r a t i o n . E x p e r i m e n t s w e r e r u n a t l e a s t t h r e e t i m e sw i t h t h r e e d i s h e s f o r e a c h c o n c e n t r a t i o n p o i n t .I n v i v o / i n v i t r o a s s a yT h e p r o c e d u r e i s e s s e n t i a l l y a s d e s c r i b e d b y H e n d e r s o n( 1 9 9 0 ) . B a l b / c m i c e w e r e i m p l a n t e d w i t h t w o EMT-6 t u m o u r si n t h e h i n d t h i g h s . When t h e t u m o u r s r e a c h e d a d i a m e t e r o f3 - 5 mm ( 6 - 7 d a y s ) m i c e w e r e i n j e c t e d w i t h 1 0 m o l k g ' o fP c o r 1 O mg k g ' o f P - I l i n s a l i n e c o n t a i n i n g 1 0 % C r e m o -p h o r e EL a n d 3% p r o p a n e - 1 , 2 - d i o l . T w e n t y - f o u r h o u r s p o s t -i n j e c t i o n o f d r u g a n i m a l s w e r e s a c r i f i c e d a n d t h e t u m o u r sw e r e e x c i s e d , m i n c e d , a n d e n z y m a t i c a l l y d i g e s t e d ( 3 0 m i n i nC a C 1 2 1 0 m M , p r o t e i n a s e K ( S i g m a ) 6 . 5 U , m i c r o c o c c a l( S i g m a ) 3 U , c o l l a g e n a s e ( S i g m a ) 1 7 U , i n 1 0 m l H a n k ' sb u f f e r s a l i n e s o l u t i o n ) . T h e d i g e s t e d p r e p a r a t i o n w a s t h e nf i l t e r e d t h r o u g h a 2 0 0 m e s h s i e v e a n d c e n t r i f u g e d a t 6 0 0 g f o r5 m i n . Two h u n d r e d c e l l s w e r e p l a c e d i n 6 cm P e t r i d i s h e sa n d i n c u b a t e d f o r 3 h a t 3 7 C i n 5% C O 2 i n W a y m o u t h ' sc u l t u r e m e d i u m t o a l l o w a d h e s i o n t o t h e s u p p o r t . C e l l s w e r ei l l u m i n a t e d a s d e s c r i b e d u n d e r i n v i t r o p h o t o c y t o t o x i c i t ya s s a y . F l u e n c e s w e r e c a l c u l a t e d f r o m t h e a r e a u n d e r t h ea b s o r p t o i n p e a k s o f t h e m o n o m e r i c d y e i n m e t h a n o l s o l u -t i o n . I t i s e v i d e n t t h a t d u r i n g t h e c e l l i s o l a t i o n p r o c e d u r el o o s e l y b o u n d d y e may d e t a c h f r o m t h e c e l l s r e s u l t i n g i n a nu n d e r e s t i m a t i o n o f t h e p o t e n t i a l o f t h e d y e t o i n f l i c t d i r e c tc e l l k i l l i n g d u r i n g P D T . H o w e v e r , a p o s i t i v e e f f e c t i n t h i sa s s a y s t r o n g l y i n d i c a t e s t h e i n v o l v e m en t o f a d i r e c t p h o t o -d y n a m i c a c t i o n o n t h e t u m o u r c e l l s a s p a r t o f t h e o v e r a l lPDT r e s p o n s e .F l u o r e s c e i n e x c l u s i o n a s s a yA n i m a l s w e r e p r e p a r e d a s f o r P D T , b u t i n t h i s c a s e t w ot u m o u r s w e r e g r o w n , o n e o n e a c h h i n d t h i g h . T h e r i g h tt u m o u r w a s i r r a d i a t e d w h i l e t h e l e f t ( c o n t r o l ) t u m o u r w a ss h i e l d e d f r o m l i g h t . I m m e d i a t e l y f o l l o w i n g i r r a d i a t i o n m i c ew e r e i n j e c t e d v i a t h e t a i l v e i n w i th 2 mg s o d i u m f l u o r e s c e i n i n0 . 2 m l p h o s p h a t e b u f f e r e d s a l i n e . A f t e r 2 m i n m i c e w e r es a c r i f i c e d a n d p l a c e d u n d e r a l o n g w a v e UV l a m p t o v i s u a l i s ea r e a s p e n e t r a t e d b y t h e d y e . Any e x c l u s i o n o f f l u o r e s c e i nf r o m t h e i r r a d i a t e d a r e a o f t u m o u r a n d s u r r o u n d i n g t i s s u e ,r e l a t i v e t o t h e c o n t r o l , w a s n o t e d a n d p h o t o g r a p h e d .


3/5

HYDROXY ZINC PHTHALOCYANINES 1 1 7 9R e s u l t sT h e n o v e l c o m p o u n d s Z n P c ( O H ) 4 , Z n P c ( p r O H ) 4 a n d Z n P c( h x O H ) 4 w e r e i n i t i a l l y t e s t e d f o r t h e i r c a p a c i t y t o p h o t o -i n a c t i v a t e V - 7 9 c e l l s u n d e r i n v i t r o c o n d i t i o n s . A s c a n b e s e e nf r o m t h e s u r v i v a l c u r v e s i n F i g u r e 2 , t h e Z n P c ( p r O H ) 4 i sg r e a t e r t h a n t w o o r d e r s o f m a g n i t u d e m o r e a c t i v e t h a n t h eZ n P c s u b s t i t u t e d w i t h f o u r h e x y l h y d r o x y ( Z n P c ( h x O H ) 4 ) o rs ul p h o n a t e ( Z n Pc S 4 ) g r o u p s . T h e d e r i v a t i v e s u b s t i t u t e d w i t hh y d r o x y l g ro u p s w i t h o u t s p a c e r c h a i n s s h o w s l i t t l e a c t i v i t yu n d e r o u r e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s , e v e n a t t h e maximumc o n c en t ra t i o n u se d ( 1 5 0 g M ) .T h e m i n i m u m i n j e c t e d d y e d o s e s r e q u i r e d f o r 1 0 0 % c u r eo f t h e EMT-6 t u m o u r s g r o w n i n B a l b / c m i c e a r e s h o w n i nF i g u r e 3 . D a t a f o r P - 1 I a n d Z n P c S 4 a r e i n c l u d e d f o r c o m -p a r i s o n a n d d y e d o s e s a r e e x p r e s s e d i n t e r m s o f mg k g - 'a n i m a l b o d y w e i g h t t o a l l o w f o r c o m p a r i s o n w i t h P - I T f o rw h i c h t h e m o l e c u l a r w e i g h t i s u n k n o w n . Z n P c ( O H ) 4 c l e a r l ys h o w s p o o r p h o t o d y n a m i c a c t i v i t y i n t h i s s y s t e m a s , e v e n a tt h e h i g h e s t i n j e c t e d d o s e s ( 1 0 1 m o l k g - ' ; 6 . 4 m g k g - ' ) n ot u m o u r c u r e c o u l d b e o b t a i n e d . Z n P c ( p r O H ) 4 i n d u c e d 1 0 0 %t u m o u r c u r e a t d o s e s a s l o w a s 0 . 5 j . m o l k g - ' ( 0 . 4 mg k g - ' )r e p r e s e n t i n g a n i m p r o v e m e n t o f t e n t i m e s o v e r Z n P c S 4 a n d2 5 t i m e s o v e r P - I I . PDT w i t h Z n P c ( h x O H ) 4 r e q u i r e d t w i c et h e i n j e c t e d d o se o f Z n P c ( p r O H ) 4 i n o r d e r t o i n d u c e t h e s a m ep h o t o d y n a m i c t u m o u r r e s p o n s e , i . e . 1 g L m o l k g - ' ( 1 . 0 mgk g - ' ) . W i t h b o t h c o m p o u n d s Z n P c ( p r O H ) 4 a n d Z n P c ( h x O H ) 4a d m i n i s t e r e d a t t h e m i n i m u m d o s e l e v e l s , f l u o r e s c e i n i n j e c t e di m m u p e d i a t e l y a f t e r PDT w a s e x c l u d e d f r o m t h e i r r a d i a t e da r e a , i n d i c a t i n g t h a t t u m o u r n e c r o s i s i s p r e c e d e d b y v a s c u l a rs t a s i s . U n i r r a d i a t e d c o n t r o l t u m o u r s o n t h e s a m e a n i m a l ss h o w e d s t r o n g f l u o r e s c e n c e . F a i l u r e t o o b s e r v e s i g n i f i c a n tp h o t o s e n s i t i s e d EMT-6 c e l l k i l l i n g i n v i t r o a f t e r i n v i v oa d m i n i s t r a t i o n o f t h e n o v e l d y e s , s u g g e s t s t h a t a r e l a t i v e l ys m a l l a m o u n t o f d y e i s r e t a i n e d b y t h e t u m o u r c e l l s ( F i g u r e4 ) . C o m b i n e d w i t h t h e v a s c u l a r s h u t - d o w n o b s e r v e d i m m e d i -

c ' E- )a )

0 1 0 0D r u g d o s e ( > I M )

1 0 0 1 A A

C o

L-

Co)C - )1 0 -

0 . 0

2 0 0

ba t

U )

Z n P c ( O H ) 4

Z n P c ( p r O H ) 4

Z n P c ( h x O H ) 4P h o t o f r i n I I

Z n P c S 4

0 2 4 6 8 1 0 1 2D r u g d o s e (mg k g - ' a n i m a l w e i g h t )

F i g u r e 3 M i n i m a l i n j e c t e d d y e d o s e s ( m g k g - ' ) r e q u i r e d f o r100% c u r e o f EMT-6 t u m o u r s o n B a l b / c m i c e a f t e r i d e n t i c a lPD T p r o t o c o l s . I n t h e c a s e o f Z n P c ( O H ) 4 n o t u m o u r c u r e w a so b s e r v e d a t t h e h i g h e s t d o s e ( 1 0 m o l k g - ' ; 6 . 4 mg k g - ' ) t e s t e d .D y e s w e r e i n j e c t e d i . v . a s C r e m o p h o r e e m u l s i o n s , 2 4 h l a t e r t h et u m o u r s w e r e i r r a d i a t e d w i t h r e d l i g h t ( 4 0 0 J cm, 1 8 0 mWcm- 2 ; P c ' s 6 5 0 - 7 0 0 n m ; P - l I , 6 0 0 - 6 5 0 n m ) a n d t u m o u r r e s p o n s ea s s e s s e d q u a l i t a t i v e l y f r o m i n i t i a l n e c r o s i s ( 2 4 h ) t o c u r e .

a t e l y a f t e r PDT t h e s e d a t a s t r o n g l y s u g g e s t t h a t t u m o u rn e c r o s i s w i t h t h e s e d y e s r e s u l t s f r o m a n i n i t i a l v a s c u l a r e f f e c tr a t h e r t h a n d i r e c t t u m o u r c e l l k i l l i n g . I n c o n t r a s t , Z n P c S 4s c o r e d i n t h e i n v i v o / i n v i t r o a s s a y a n L D % 0 o f l e s s t h a n2 0 J c m - 2 l i g h t d o s e , i n d i c a t i v e o f a g o o d p o t e n t i a l t o i n f l i c td i r e c t c e l l k i l l i n g d u r i n g PDT.D i s c u s s i o nI f a d v a n t a g e i s t o b e t a k e n o f t h e f a v o u r a b l e a b s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c s o f P c t y p e m o l e c u l e s i n PDT i t i s i m p o r t a n tt h a t s t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s f o r t h i s c l a s s o f c o m -p o u n d b e d e f i n e d . To d a t e , r e s e a r c h c o n d u c t e d i n t h i s a r e ah a s m a i n l y a d d r e s s e d t h e e f f e c t o f t h e d e g r e e o f s u l p h o n a t i o no f P c ' s o n t h e i r b i o d i s t r i b u t i o n a n d p h o t o d y n a m i c a c t i v i t y( f o r a r e c e n t r e v i e w s e e P a q u e t t e a n d v a n L i e r , 1 9 9 2 ) . Com-m e r c i a l l y a v a i l a b l e a l u m i n i u m p h t h a l o c y a n i n e s u l p h o n a t e( A l P c S ) h a s m o s t w i d e l y b e e n u s e d f o r b i o l o g i c a l s t u d i e s( T r a l a u e t a l . , 1 9 8 7 ; M a t t h e w s & C u i , 1 9 9 0 ; B e d w e l l e t a l . ,1 9 9 1 ) , b u t c o n s i s t s o f a m i x t u r e o f t e t r a , t r i , d i a n d m o n o s u l -p h o n a t e d A l P c w i t h a n a v er a ge s ul p h o n a t i o n l e v e l o f a p p r o x -

1 0 0 I

1 0 -

0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8D r u g d o s e ( > . M )

F i g u r e 2 P h o t o c y t o t o x i c i t y a s s a y f o r Z n P c ( O H ) 4 ( 0 ) , Z n P c( h x O H ) 4 ( 0 ) , Z n P c S 4 ( - ) a n d Z n Pc ( p r O H ) 4 ( A ) w i t h V - 7 9 c e l l s .P l a t e d c e l l s w e r e i n c u b a t e d w i t h d y e s o l u t i o n s i n m e d i u m c o n -t a i n i n g 1% s e r u m f o r 1 h i n t h e d a r k a t 3 7 C . A f t e r r e m o v a l o ft h e d y e s o l u t i o n a n d w a s h i n g , c e l l s w e re e x p o s ed f o r 4 m i n t o r e dl i g h t a t a f l u e n c e o f 2 . 4 J cm2, i n c u b a t e d f o r 6 - 7 d a y s w h er e -a f t e r c o l o n i e s w e r e c o u n t e d .

*20 af4 Q A9 U O N+ .

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0L i g h t d o s e ( J c m - 2 )

F i g u r e 4 I n v i v o / i n v i t r o a s s a y f o r Z n P c ( O H ) 4 ( 0 ) , Z n P c ( p r O H ) 4( A ) , Z n P c ( h x O H ) 4 ( 0 ) a n d Z n P c S 4 ( O ) . EMT-6 c e l l s u r v i v a l a sa f u n c t i o n o f t h e l i g h t d o s e i n v i t r o , 2 4 h a f t e r i . v . i n j e c t i o n o f1 0 l m o l k g - ' o f s e n s i t i s e r i n v i v o .

XXX XXXXXXXX

I- IT-

I 91

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4/5

1 1 8 0 R . W . BOYLE e t a l .i m a t e l y 3 . 2 a n d a l l a t t e n d a n t p o s i t i o n a l i s o m e r s . I t h a s b e e ns h o w n h o w e v e r t h a t t h e l o w e r s u l p h o n a t e d d e r i v a t i v e s , a n dp a r t i c u l a r l y t h e a m p h i p h i l i c A l P c S 2 a ( f e a t u r i n g s u l p h o n a t eg r o u p s o n a d j a c e n t b e n z o r i n g s o f t h e P c m a c r o c y c l e ) l o c a l i s ei n t u m o u r c e l l s w h e r e a s t h e t e t r a s u l p h o n a t e d a n a l o g u e i sm a i n l y d e t e c t e d i n t h e s t r o m a o f t h e t u m o u r ( P a q u e t t e e t a l . ,1 9 8 8 ; P e n g e t a l . , 1 9 9 0 ; 1 9 9 1 ) . T h u s , i n s p i t e o f a h i g h e ro v e r a l l t u m o u r r e t e n t i o n o f t h e t r i - a n d t e t r a s u l p h o n a t e dd e r i v a t e s a s c o m p a r e d t o t h e m o n o - a n d d i s u l p h o n a t e d a n a -l o g u e s ( R o u s s e a u e t a l . , 1 9 9 0 ; C h a n e t a l . , 1 9 9 0 ) , t h e l a t t e re x h i b i t b e t t e r p h o t o d y n a m i c p r o p e r t i e s d u e t o t h e i r a d v a n -t a g e o u s i n t r a t i s s u l a r t u m o u r d i s t r i b u t i o n a n d c e l l p e n e t r a t i o n .T h e s e d i f f e r e n t a c t i v i t i e s a n d l o c a l i s a t i o n p a t t e r n a l s o c o r -r e l a t e w e l l w i t h t h e a c t i o n m e c h a n i s m s . I n t h e c a s e o f t h eA l P c S 2 a l i g h t a n d e l e c t r o n m i c r o s c o p y s h o w e d t h a t t h e r e w a sa d i r e c t , e x t e n s i v e , p h o t o - d a m a g i n g a c t i o n o n human t u m o u rc e l l s (LOX x e n o g r a p h s ) g r o w n i n a t h y m i c n u d e m i c e w h e r e a st r e a t m e n t o f A l P c S 4 a n d l i g h t r e s u l t e d i n i t i a l l y i n a f u n c t i o n a lv a s o g e n i c r e s p o n s e a n d u l t i m a t e d a m a g e t o t h e v a s c u l a rs t r u c t u r e o f t h e t u m o u r ( P e n g e t a l . , 1 9 9 0 ) . S i m p l e p r o c e -d u r e s t o p r e p a r e A l P c S e n r i c h e d i n t h e a c t i v e d i s u l p h o n a t e dd e r i v a t i v e s h a v e b ee n r e p o r t e d ( A l i e t a l . , 1 9 8 8 ; A m b r o z e ta l . , 1 9 9 1 ) a n d t h e i r i n v i v o p a t t e r n o f p h o t o s e n s i t i s a t i o n h a v eb e e n s t u d i e d i n d e t a i l ( N u u t i n e n e t a l . , 1 9 9 1 ; L o h e t a l . ,1 9 9 2 ) . A d d i t i o n o f h y d r o p h o b i c t e r t i a r y b u t y l ( P a q u e t t e e ta l . , 1 9 9 1 ) , p h t h a l i m i d o m e t h y l ( B o y l e e t a l . , 1 9 9 2 ) o r b e n z e n eg r o u p s ( M a r g a r o n e t a l . , 1 9 9 2 ) o n t h e n o n - s u b s t i t u t e d , a d j a -c e n t b e n z o r i n g s o f d i s u l p h o n a t e d P c ' s f u r t h e r e n h a n c e s t h ea m p h i p h i l i c p r o p e r t i e s o f t h e s e d r u g s r e s u l t i n g i n i n c r e a s e dp o t e n t i a l f o r d i r e c t c e l l k i l l i n g d u r i n g P D T . D i f f e r e n t l y s u l -p h o n a t e d t e t r a p h e n y l p o r p h i n s f o l l o w s i m i l a r b i o d i s t r i b u t i o np a t t e r n a s t h e a n a l o g o u s s u l p h o p h t h a l o c y a n i n e s , w i t h t h ed e r i v a t i v e f e a t u r i n g t w o a d j a c e n t s u l f o n a t e s s h o w i n g t h eh i g h e s t p h o t o c y t o t o x i c i t y ( K e s s e l e t a l . , 1 9 8 7 ) .T h e w o r k o f B o n n e t t e t a l . ( 1 9 8 7 ) w i t h t h e m e s o - t e t r a -( h y d r o x y p h e n y l ) p o r p h i n s ( T H P P ) y i e l d e d s t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p s o f p a r t i c u l a r i n t e r e s t f o r t h e d e v e l o p m e n t o f P cb a s e d p h o t o s e n s i t i z e r s . W h e r e a s , t h e o - , m - a n d p - i s o m e r s o fTHPP e x h i b i t e d s i m i l a r p h o t o p h y s i c a l p r o p e r t i e s ( B o n n e t t e ta l . , 1 9 8 8 ) l a r g e d i f f e r e n c e s w e r e n o t e d i n t h e i r b i o l o g i c a la c t i v i t i e s , w i t h t h e m - i s o m e r s h o w i n g t h e h i g h e s t p o t e n c y i ns e n s i t i s i n g t u m o u r s i n v i v o ( B e r e n b a u m e t a l . , 1 9 8 6 ) . U n l i k et h e d i s u l p h o n a t e d p h t h a l o c y a n i n e s a n d t e t r a p h e n y l p o r p h i n s ,t h e THPP i s o m e r s a r e s y m m e t r i c , l i p o p h i l i c m o l e c u l e s l a c k -i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c a m p h i p h i l i c p r o p e r t i e s o f t h e d i s u l p h o -n a t e d p h o t o s e n s i t i s e r s . T h e y d i s t r i b u t e i n t u m o u r s s i m i l a r l yt o t h e m a i n c o m p o n e n t s o f P - I I w i t h m e m b r a n e s a s t h em a j o r t a r g e t a n d s o m e l o c a l i s a t i o n i n t h e c y t o p l a s m ( P e n g e ta l . , 1 9 9 1 ) . T h e s e d a t a s u g g e s t t h a t a n a r r a y o f f o u r h y d r o x y lg r o u p s a r r a n g e d j u d i c i o u s l y a r o u n d a r i g i d p h o t o s e n s i t i s i n gs t r u c t u r e c o ul d i m p a r t i n t e r e s t i n g b i o l o g i c a l a c t i v i t i e s t o o u rP c . A s i t w a s d i f f i c u l t t o a s c e r t a i n t h e e x a c t o r i e n t a t i o n o f t h eh y d r o x y g r o u p s i n m - T H P P , d u e t o t h e r o t a t i o n a l f l e x i b i l i t yo f t h e s i n g l e b o n d l i n k i n g t h e h y d r o x y p h e n y l g r o u p s t o t h ep o r p h i n e m a c r o c y c l e , w e s y n t h e s i s e d t h r e e P c m o l e c u l e s w i t hd i s t i n c t d i f f e r e n c e s i n t h e d i s t a n c e s b e t w e e n , a n d f l e x i b i l i t y o ft h e h y d r o x y l g r o u p s ( F i g u r e 1 ) . O u r t u m o u r r e s p o n s e r e s u l t si n d i c a t e d t h a t t h e s p a t i a l a r r a n g e m e n t a n d c o n f o r m a t i o n a lf l e x i b i l i t y o f t h e h y d r o x y l g r o u p s i s e s s e n t i a l f o r PDTe f f i c a c y , a s Z n P c ( O H ) 4 w a s f o u n d t o b e c o m p l e t e l y p h o t o -d y n a m i c a l l y i n a c t i v e , e v e n a t 1 0 i m o l k g - i n j e c t e d d o s e( t w i c e t h e d o s e a t w h i c h 1 0 0 % t u m o u r e r a d i c a t i o n c a n b ea c h i e v e d u s i n g Z n P c S 4 ) . I n c o n t r a s t , t u m o u r c u r e w i t hZ n P c ( h x O H ) 4 a n d Z n P c ( p r O H ) 4 w a s r e a c h e d a t d o s e s 5 a n d1 0 t i m e s l o w e r t h a n f o r Z n P c S 4 a n d u p t o 2 5 t i me s l o w e rt h a n f o r P - 1 I . T h e s e d i f f e r e n c e s i n b i o l o g i c a l a c t i v i t i e s a r e

f u r t h e r a c c e n t u a t e d u n d e r i n v i t r o c o n d i t i o n s u s i n g a p o p u l a -t i o n o f r a p i d l y d i v i d i n g V - 7 9 c e l l s , a p a t t e r n p r e v i o u s l y n o t e dw i t h i s o m e r i c d i s u l f o n a t e d P c ' s ( B r a s s e u r e t a l . , 1 9 8 8 ) . T h er e l a t i v e p h o t o a c t i v i t i e s b e t w e e n t h e p r o p y l h y d r o x y a n d h e x y l -h y d r o x y Z n P c d e r i v a t i v e s c h a n g e s f r o m a f a c t o r 2 i n v i v o t o af a c t o r 1 0 2 u n d e r i n v i t r o c o n d i t i o n s . T h e Z n P c ( O H ) 4 s h o w sl i t t l e a c t i v i t y i n b o th o ur i n v i t r o a n d i n v i v o m o d e l . I n ap a t t e r n s i m i l a r t o t h e d i f f e r e n c e s i n a c t i v i t y b e t w e e n o - , m -a n d p-THPP w e s e e t h a t i n b o t h c a s e s t h e c o m p o u n d s w i t hh y d r o x y g r o u p s l o c k e d r i g i d l y , r e l a t i v e t o o n e a n o t h e r a n dt h e m a c r o c y c l e ( Z n Pc ( O H ) 4 a n d p - T H P P ) a r e t h e l e a s t a c t i v e ,a n d t h a t a l l o w i n g s o m e d eg re e o f m o v e m e n t t o t h e h y d r o x yg r o u p s i n c r e a s e s t h i s a c t i v i t y . S u c h c o r r e l a t i o n s a r e r e l e v a n tt o r e c e n t t h e o r e t i c a l c o n s i d e r a t i o n s p u t f o r t h b y W i n k e l m a ne t a l . ( 1 9 9 3 ) c o n c e r n i n g s t e r e o c h e m i c a l r e q u i r e m e n t s f o rp h o t o s e n s i t i s e r s t o f a c i l i t a t e t r a n s p o r t a n d b i n d i n g i n b i o -l o g i c a l s y s t e m s . T h e s e a u t h o r s c o m p a r e d g e o m e t r i c a l f e a t u r e so f a n u m b e r o f s u b s t i t u t e d p o r p h y r i n s a n d p h t h a l o c y a n i n e sw i t h p u b l i s h e d b i o l o g i c a l a c t i v i t i e s a n d s u g g e s t e d t h a t t h e r ee x i s t s a c r i t i c a l d i s t a n c e o f a b o u t 1 . 2 nm b e t w e e n o x y g e n s( s u l p h o n a t e , c a r b o x y l o r h y d r o x y l s u b s t i t u e n t s ) t h a t c h a r a c -t e r i s e s t h e b i o l o g i c a l l y a c t i v e s t r u c t u r e s f o r P D T . T h ef l e x i b i l i t y o f b o t h o u r a l k y l h y d r o x y Z n P c ' s w i l l a l l o wc o n f i r m a t i o n s t o m a t c h s u c h a g e o m e t r y a n d p a r t i c u l a r l y t h et e t r a p r o p y l h y d r o x y d e r i v a t i v e h a s a h i g h n u m b e r o f l o we n e r g y c o n f o r m e r s i n w h i c h t w o a d j a c e n t OH g r o u p s a r es e p a r a t e d b y 1 . 1 - 1 . 2 n m .V a s c u l a r o c c l u s i o n o f t h e EMT-6 t u m o u r s i m m e d i a t e l ya f t e r PDT w i t h b o t h t h e Z n P c ( p r O H ) 4 a n d Z n P c ( h x O H ) 4i n d i c a t e s t h a t t u m o u r r e g r e s s i o n m a i n l y r e s u l t s f r o m i n d i r e c tp h o t o d y n a m i c e f f e c t s . T h e a b s e n c e o f p h o t o d y n a m i c c e l l k i l l -i n g i n t h e i n v i v o / i n v i t r o a s s a y i s i n l i n e w i t h s u c h am e c h a n i s m a n d s u g g e s t t h a t o n l y l o w c o n c e n t r a t i o n s o f t h e s ed y e s a r e r e t a i n e d b y t h e t u m o u r c e l l s . T h i s d o e s h o w e v e r n o te x c l u d e t h e p o s s i b l e p r e s e n c e o f l a b i l e - b o u n d d y e i n v i v o ,p r o v i d i n g d i r e c t p h o t o d y n a m i c c y t o t o x i c i t y , a s s e e m s t o b et h e c a s e w i t h m-THPP m e d i a t e d PDT r e s p o n s e ( P e n g e t a l . ,1 9 9 1 ) . A l t h o u g h e a r l y P D T - i n d u c e d h y p o x i a c a n s e v e r e l yl i m i t t h e p o t e n t i a l f o r d i r e c t c e l l k i l l i n g o f a d y e ( H e n d e r s o n& F i n g a r , 1 9 8 9 ) , t h e u l t i m a t e t u m o u r e r a d i c a t i o n l i k e l yd e p e n d s u p o n t h e e f f e c t i v e d e s t r u c t i o n o f t h e m i c r o v a s c u l -a t u r e i n t h e t u m o u r a n d t h e s u r r o u n d i n g n o r m a l t i s s u e ( F i n -g a r & H e n d e r s o n , 1 9 8 7 ) . I n t r a t i s s u l a r l o c a l i s a t i o n p a t t e r n o fm-THPP i n h u m a n m e l a n o m a x e n o g r a f t s i n n u d e m i c er e s e m b l e s t h a t o f P - I T ( P e n g e t a l . , 1 9 9 1 ) , w h e r e a s t h e a l k y l -h y d r o x y Z n P c ' s g a v e s i m i l a r r e s p o n s e p a t t e r n a t P - I T i n o u rc u r r e n t a s s a y s . T h i s s u g g e s t s t h a t P - I T , m-THPP, a n d o u rn o v e l Z n P c ( p r O H ) 4 a n d Z n P c ( h x O H ) 4 s h a r e t h e c a p a c i t y t oi n d u c e s i m i l a r p h o t o d y n a m i c a c t i o n m e c h a n i s m s , w i t h t h ee x t e n t o f t h e i r p o t e n t i a l f o r d i r e c t p h o t o c y t o t o x i c i t y i n v i v od e p e n d i n g o n t h e a c t u a l PDT c o n d i t i o n s u s e d .I n c o n c l u s i o n , w e h a v e s h o w n t h a t i t i s p o s s i b l e t o e x t r a -p o l a t e s t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s d e t e r m i n e d f o r p o r -p h y r i n b a s e d p h o t o s e n s i t i s e r s t o o t h e r p h o t o a c t i v e s p e c i e sw i t h b e t t e r a b s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c s . T h i s c o u l d a l l o w t h ec o n s i d e r a b l e d a t a a v a i l a b l e o n s t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p sf o r p o r p h y r i n s t o b e a p p l i e d o t p h t h a l o c y a n i n e b a s e d p h o t o -s e n s i t i s e r s a n d p e r m i t a f o c u s o f s y n t h e t i c e f f o r t s f o r t h ed e s i g n o f a v i a b l e P c b a s e d PDT a g e n t .T h i s w o r k w a s s u p p o r t e d b y t h e N a t u r a l S c i e n c e s a n d E n g i n e e r i n gR e s e a r c h C o u n c i l a n d t h e M e d i c a l R e s e a r c h C o u n c i l o f C a n a d a .A b b r e v i a t i o n s : P c , p h t h a l o c y a n i n e s ; P D T , p h o t o d y n a m i c t h e r a p y ;Z n P c , z i n c p h t h a l o c y a n i n e ; Z n P c S 4 , t e t r a s u l p h o n a t e d z i n c p h t h a -l o c y a n i n e ; Z n P c ( O H ) 4 , t e t r a h y d r o x y z i n c p h t h a l o c y a n i n e ; Z n P c -( p r O H ) 4 , t e t r a p r o p y l h y d r o x y z i n c p h t h a l o c y a n i n e ; Z n P c ( h x O H ) 4 ,t e t r a h e x y l h y d r o x y z i n c p h t h a l o c y a n i n e ; P - I I , P h o t o f r i n I I T M .


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HYDROXY ZINC PHTHALOCYANINES 1 1 8 1

R e f e r e n c e sA L I , H . , LANGOIS, R . , WAGNER, J . R . , BRASSEUR, N . , PAQUETrE, B .& V A N L I E R , J . E . ( 1 9 8 8 ) . B i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f p h t h a l o c y a n i n e s -X . S y n t h e s i s a n d a n a l y s e s o f s u l f o n a t e d p h t h a l o c y a n i n e s . P h o t o -c h e m . P h o t o b i o l . , 4 7 , 7 1 3 - 7 1 7 .AMBROZ, M . , BEEBY, A . , MACROBERT, A . J . , SIMPSON, M . S . C . ,S V E N S E N , R . K . & P H I L L I P S , D . ( 1 9 9 1 ) . P r e p a r a t i o n , a n a l y t i c a la n d f l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p i c s t u d i e s o f s u l p h o n a t e d a l u m i n i u mp h t h a l o c y a n i n e p h o t o s e n s i t i s e r s . J . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . B .B i o l . , 9 , 8 7 - 9 5 .BEDWELL, J . , CHATLANI, P . T . , MACROBERT, A . J . , ROBERTS, J . E . ,B A R R , H . , D I L L O N , J . & BOWN, S . G . ( 1 9 9 1 ) . E n h a n c e d t u m o u rs e l e c t i v i t y o f p h o t o d y n a m i c t h e r a p y i n t h e r a t c o l o n u s i n g ar a d i o p r o t e c t i o n a g e n t . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 5 3 , 7 5 3 - 7 5 6 .BERENBAUM, M . C . , AKANDE, S . L . , BONNETT, R . , KAUR, H . , I O A N -N O U , S . , W H I T E , R . D . & W I N F I E L D , U . - J . ( 1 9 8 6 ) . m e s o - T e t r a -( h y d r o x y p h e n y l ) p o r p h y r i n s , a n e w c l a s s o f p o t e n t t u m o u r p h o t o -s e n s i t i s e r s w i t h f a v o u r a b l e s e l e c t i v i t y . B r . J . C a n c e r , 5 4 , 7 1 7 - 7 2 5 .BONNETT, R . , IOANNOU, S . , WHITE, R . D . , WINFIELD, U . - J . & BER-ENBAUM, M . C . ( 1 9 8 7 ) . m e s o - T e t r a ( h y d r o x y p h e n y l ) p o r p h y r i n s a st u m o u r p h o t o s e n s i t i z e r s : c h e m i c a l a n d p h o t o c h e m i c a l a s p e c t s . I nF r o m P h o t o p h y s i c s t o P h o t o b i o l o g y . F a v r e , A . T y r r e l l , R . &C a d e t , J . ( e d s ) , P h o t o b i o c h e m . P h o t o b i o p h y s . , S u p p l . p p . 4 5 - 4 6 .E l s e v i e r : A m s t e r d a m .BONNETT, R . , MCGARVEY, D . J . , HARRIMAN, A . , LAND, E . J . , TRUS-C O T T , T . G . & W I N F I E L D , U . - J . ( 1 9 8 8 ) . P h o t o p h y s i c a l p r o p e r t i e s o fm e s o - t e t r a p h e n y l p o r p h i n a n d s o m e m e s o - t e t r a ( h y d r o x y p h e n y l ) -

p o r p h y r i n s . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 4 8 , 2 7 1 - 2 7 6 .B O Y L E , R . W . , P A Q U E T r E , B . & V A N L I E R , J . E . ( 1 9 9 2 ) . B i o l o g i c a la c t i v i t i e s o f p h t h a l o c y a n i n e s . X I V . E f f e c t o f h y d r o p h o b i c p h t h a l -i m i d o m e t h y l g r o u p s o n t h e i n v i v o p h o t o t o x i c i t y a n d m e c h a n i s mo f p h o t o d y n a m i c a c t i o n o f s u l p h o n a t e d a l u m i n i u m p h t h a l o c y a -n i n e s . B r . J . C a n c e r , 6 5 , 8 1 3 - 8 1 7 .BRASSEUR, N . , A L I , H . , AUTENRIETH, D . , LANGLOIS, R. & VA NL I E R , J . E . ( 1 9 8 5 ) . b i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f p h t h a l o c y a n i n e s . I I I .P h o t o i n a c t i v a t i o n o f V - 7 9 C h i n e s e h a ms t er c e l l s b y t e t r a s u l f o p h -t h a l o c y a n i n e s . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 4 2 , 5 1 5 - 5 2 1 .BRASSEUR, N . , A L I , H . , LANGLOIS, R . & VA N L I E R , J . E . ( 1 9 8 8 ) .B i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f p h t h a l o c y a n i n e s . I X . P h o t o s e n s i t i z a t i o n o fV - 7 9 C h i n es e h a m st er c e l l s a n d EMT-6 m o u s e mammary t u m o rb y s e l e c t i v i t y s u l f o n a t e d z i n c p h t h a l o c y a n i n e s . P h o t o c h e m . P h o t o -b i o l . , 4 7 , 7 0 5 - 7 1 1 .BRASSEUR, N . , A L I , H . , LANGLOIS, R . , WAGNER, R . J . , ROUSSEAU,J . & V A N L I E R , J . E . ( 1 9 8 7 ) . B i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f p h t h a l o -

c y a n i n e s . V . P h o t o d y n a m i c t h e r a p y o f EMT-6 mammary t u m o r si n m i c e w i t h s u l f o n a t e d p h t h a l o c y a n i n e s . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . ,4 5 , 5 8 1 - 5 8 6 .CHAN, W . - S . , MARSHALL, J . F . , SVENSEN, R . , BEDWELL, J . & HART,I . R . ( 1 9 9 0 ) . E f f e c t o f s u l f o n a t i o n o n t h e c e l l a n d t i s s u e d i s t r i b u -t i o n o f t h e p h o t o s e n s i t i z e r a l u m i n i u m p h t h a l o c y a n i n e . C a n c e rR e s . , 5 0 , 4 5 3 3 - 4 5 3 8 .CHATLANI, P . T . , BEDWELL, J . , MACROBERTS, A . J . , BARR, H . , BOU-L O S , P . , KRASNER, N . , P H I L L I P S , D . & BOWN, S . G . ( 1 9 9 1 ) .C o m p a r i s o n o f d i s t r i b u t i o n a n d p h o t o d y n a m i c e f f e c t s o f d i - a n dt e t r a - s u l f o n a t e d a l u m i n u m p h t h a l o c y a n i n e s i n n o r m a l r a t c o l o n .P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 5 3 , 7 4 5 - 7 5 1 .DOUGHERTY, T . J . ( 1 9 8 7 ) . P h o t o s e n s i t i z e r s : t h e r a p y a n d d e t e c t i o n o fm a l i g n a n t t u m o r s . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 4 5 , 8 9 7 - 8 8 9 .F I N G A R , V . H . & HENDERSON, B . W . ( 1 9 8 7 ) . D r u g a n d l i g h t d o s ed e p e n d e n c e o f p h o t o d y n a m i c t h e r a p y : a s t u d y o f t u m o r a n dn o r m a l t i s s u e r e s p o n s e . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 4 6 , 8 3 7 - 8 4 1 .

HENDERSON, B . W . ( 1 9 9 0 ) . P r o b i n g t h e e f f e c t s o f p h o t o d y n a m i c t h e r -a p y t h r o u g h i n v i v o - i n v i t r o m e t h o d s . I n P h o t o d y n a m i c T h e r a p y o fN e o p l a s t i c D i s e a s e , V o l . 1 . K e s s e l , D . ( e d . ) , p p . 1 6 9 - 1 8 8 , CRCP r e s s : B o c a R a t o n , F L .HENDERSON, B . W . & DOUGHERTY, T . J . ( 1 9 9 2 ) . How d o e s p h o t o -d y n a m i c t h e r a p y w o r k ? P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 5 5 , 1 4 5 - 1 5 7 .HENDERSON, B . W . & F I N G A R , V . H . ( 1 9 8 9 ) . O x y g e n l i m i t a t i o n o fd i r e c t t u m o r c e l l k i l l d u r i n g p h o t o d y n a m i c t r e a t m e n t o f a m u r i n et u m o r m o d e l . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 4 9 , 2 9 9 - 3 0 4 .K E S S E L , D . , THOMPSON, P . , S A A T I O , K . & NANTWI, K . D . ( 1 9 8 7 ) .Tumor l o c a l i s a t i o n a n d p h o t o s e n s i t i z a t i o n b y s u l f o n a t e d d e r i v a t e so f t e t r a p h e n y l p o r p h i n . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 4 5 , 7 8 7 - 7 9 0 .L O H , C . S . , BEDWELL, J . , MACROBERT, A . J . , KRASNER, N . , P H I L -L I P S , D . & BOWN, S . G . ( 1 9 9 2 ) . P h o t o d y n a m i c t h e r a p y o f t h en o r m a l r a t s t o m a c h : a c o m p a r a t i v e s t u d y b e t w e e n d i - s u l p h o n a t e d

a l u m i n i u m p h t h a l o c y a n i n e a n d 5 - a m i n o l a e v u l i n i c a c i d . B r . J .C a n c e r , 6 6 , 4 5 2 - 4 6 2 .

MARCCUCCIO, S . M . , SVIRSKAYA, P . I . , GREENBERG, S . , L E V E R ,A . B . P . & LEZNOFF, C . C . ( 1 9 8 5 ) . B i n u c l e a r p h t h a l o c y a n i n e s c o -v a l e n t l y l i n k e d t h r o u g h t w o a n d f o u r a t o m b r i d g e s . C a n . J .C h e m . , 6 3 , 6 2 3 - 6 3 1 .MARGARON, P . , LANGLOIS, R . , VA N L I E R , J . E . & GASPARD, S .( 1 9 9 2 ) . P h o t o d y n a m i c p r o p e r t i e s o f n a p h t h o su l f o b en z o p o r p h y r -a z i n e s , n o v e l a s y m m et r i c , a m p h i p h i l i c p h t h a l o c y a n i n e d e r i v a t i v e s .J . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . B . B i o l . , 1 4 , 1 8 7 - 1 9 9 .MATTHEWS, E . K . & C U I , Z . J . ( 1 9 9 0 ) . P h o t o d y n a m i c a c t i o n o f s u l -p h o n a t e d a l u m i n i u m p h t h a l o c y a n i n e s ( S A L P C ) o n A R 4 - 2 J c e l l s ,a c a r c i n o m a c e l l l i n e o f r a t e x o c r i n e p a n c r e a s . B r . J . C a n c e r , 6 1 ,6 9 5 - 7 0 1 .MOAN, J . & B E R G , K . ( 1 9 9 2 ) . P h o t o c h e m o t h e r a p y o f c a n c e r : e x p e r i -m e n t a l r e s e a r c h . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 5 5 , 9 3 1 - 9 4 8 .NUUTINEN, P . J . O . , CHATLANI, P . T . , BEDWELL, J . , MACROBERT,A . J . , P H I L L I P S , D . & BOWN, S . G . ( 1 9 9 1 ) . D i s t r i b u t i o n a n d p h o t o -d y n a m i c e f f e c t o f d i - s u l p h o n a t e d a l u m i n i u m p h t h a l o c y a n i n e i nt h e p a n c r e a s a n d a d j a c e n t t i s s u e s i n t h e S y r i a n g o l d e n h a m s t e r .B r . J . C a n c e r , 6 4 , 1 1 0 8 - 1 1 1 5 .

PAQUETTE, B . , A L I , H . , LANGLOIS, R . & VAN L I E R , J . E . ( 1 9 8 8 ) .B i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f p h t h a l o c y a n i n e s . V I I I . C e l l u l a r d i s t r i b u -t i o n i n V - 7 9 C h i n e s e h a m s t er c e l l s a n d p h o t o t o x i c i t y o f s e l e c t i v e l ys u l f o n a t e d a l u m i n i u m p h t h a l o c y a n i n e s . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . ,4 7 , 2 1 5 - 2 2 0 .PAQUETTE, B . , A L I , H . & V A N L I E R , J . E . ( 1 9 9 1 ) . P h t a l o c y a n i n e s p o u rl a t h e r a p i e p h o t o d y n a m i q u e d u c a n c e r : e f f e t d e s s u b s t i t u a n t st e r t i o - b u t y l e s s u r l ' a c c u m u l a t i o n c e l l u l a i r e e t l ' a c t i v i t e p h o t o -d y n a m i q u e d e p h t a l o c y a n i n e s s u l f o n e e s d e g a l l i u m . J . C h i m .P h y s . , 8 8 , 1 1 1 3 - 1 1 2 3 .PAQUETTE, B . & VAN L I E R , J . E . ( 1 9 9 2 ) . P h t h a l o c y a n i n e s a n d r e l a t e dc o m p o u n d s : s t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s . I n P h o t o d y n a m i cT h e r a p y : B a s i c P r i n c i p l e s a n d C l i n i c a l A s p e c t s . H e n d e r s o n , B . W .& D o u g h e r t y , T . J . ( e d s ) , p p . 1 4 5 - 1 5 6 . M a r c e l D e k k e r : Ne wY o r k , NY.

PENG, Q . , MOAN, J . , FARRANTS, G . , DANIELSEN, M . E . & RIMING-T O N , C . ( 1 9 9 1 ) . L o c a l i z a t i o n o f p o t e n t p h o t o s e n s i t i z e r s i n humant u m o r LOX, b y m e a n s o f l a s e r s c a n n i n g m i c r o s c o p y . C a n c e rL e t t . , 5 8 , 1 7 - 2 7 .PENG, Q . , MOAN , J . , NESLAND, J . M . & RIMINGTON, C . ( 1 9 9 0 ) .A l u m i n i u m p h t h a l o c y a n i n e s w i t h a s y m m e t r i c a l l o w e r s u l f o n a t i o na n d w i t h s y m m e t r i c a l h i g h e r s u l f o n a t i o n : a c o m p a r i s o n o f l o c a l i z -i n g a n d p h o t o s e n s i t i z i n g m e c h a n i s m i n human t u m o r LOX x e n o -g r a f t s . I n t . J . C a n c e r , 4 6 , 7 1 9 - 7 2 6 .REDDI, E . , ZHOU, C . , B I O L O , R . , MENEGALDO, E . & J O R I , G . ( 1 9 9 0 ) .L i p o s o m e - o r L D L - a d m i n i s t e r e d Z n ( I l ) - p h t h a l o c y a n i n e a s ap h o t o d y n a m i c a g e n t f o r t u m o u r s . I . P h a r m a c o k i n e t i c p r o p e r t i e sa n d p h o t o t h e r a p e u t i c e f f i c i e n c y . B r . J . C a n c e r , 6 1 , 4 0 7 - 4 1 1 .ROSENTHAL, I . ( 1 9 9 1 ) . P h t h a l o c y a n i n e s a s p h o t o d y n a m i c s e n s i t i z e r s .P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 5 3 , 8 5 9 - 8 7 0 .ROSENTHAL, I . , BEN-HUR, E . , GREENBERG, S . , CONCEPCION-LAM,A . , DREW, D . M . & L E Z N O F F , C . C . ( 1 9 8 7 ) . T h e e f f e c t o f s u b s t i -t u e n t s o n p h t h a l o c y a n i n e p h o t o t o x i c i t y . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . ,4 6 , 9 5 9 - 9 6 3 .ROUSSEAU, J . , LANGLOIS, R . , A L I , H . & VAN L I E R , J . E . ( 1 9 9 0 ) .B i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f p h t h a l o c y a n i n e s . X I I . S y n t h e s i s , t u m o ru p t a k e a n d b i o d i s t r i b u t i o n o f " 4 C - l a b e l e d d i - a n d t r i s u l f o n a t e dg a l l i u m p h t h a l o c y a n i n e i n C3H m i c e . J . P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . B .B i o l . , 6 , 1 2 1 - 1 3 2 .TRALAU, C . J . , BARR, H . , SANDEMAN, D . R . , BARTON, T . , LEWIN,M . R . & BOWN, S . G . ( 1 9 8 7 ) . A l u m i n i u m s u l f o n a t e d p h t h a l o c y a n i n e

d i s t r i b u t i o n i n r o d e n t t u m o u r s o f t h e c o l o n , b r a i n a n d p a n c r e a s .P h o t o c h e m . P h o t o b i o l . , 4 6 , 7 7 7 - 7 8 1 .VAN L I E R , J . E . ( 1 9 9 0 ) . P h t h a l o c y a n i n e s a s s e n s i t i z e r s f o r PDT o fc a n c e r . I n P h o t o d y n a m i c T h e r a p y o f N e o p l a s t i c D i s e a s e , V o l . 1 .K e s s e l , D . ( e d . ) p p . 2 7 9 - 2 9 0 . C RC P r e s s : B o c a R a t o n , F L .WINKELMAN, J . W . , ARAD, D . & K I M E L , S . ( 1 9 9 3 ) . S t e r e o c h e m i c a lf a c t o r s i n t h e t r a n s p o r t a n d b i n d i n g o f p h o t o s e n s i t i s e r s i n b i o -l o g i c a l s y s t e m s a n d i n p h o t o d y n a m i c t h e r a p y . J . P h o t o c h e m .P h o t o b i o l . B . B i o l . ( i n p r e s s ) .

biological activities of phthalocyanines

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