Promising Theranostic Agents for Targeted Photodynamic Therapy of Endometrial Cancer

Abstract

O cancro do endométrio (CE) é o cancro ginecológico mais comum nos países desenvolvidos. Existem grupos particulares de mulheres diagnosticadas com CE na prática clínica diária que representam verdadeiros desafios para os especialistas. Este projeto teve como foco o desenvolvimento de novos agentes teranósticos para Terapia Fotodinâmica (TFD) do CE. Devido às características fotofísicas adequadas como fotossensibilizadores para aplicação na TFD, como a forte absorção na região espectral de 600-800 nm, conhecida como janela fototerapêutica, tem despoletado um interesse crescente no desenvolvimento de novas clorinas (dihidroporfirinas), com boa estabilidade estrutural. Dando continuidade ao trabalho de investigação realizado pelo orientador deste projeto, foram projetadas e desenvolvidas novas clorinas fundidas com o anel 4,5,6,7-tetrahidropirazolo[1,5-a]piridina, e avaliadas como fotossensibilizadores para TFD do EC.Anteriormente, a coorientadora deste projeto realizou estudos que levaram ao isolamento de um tipo de células, células estaminais cancerígenas (CEC) do cancro do endométrio que desempenham papéis importantes na iniciação, progressão e recorrência do tumor. Além disso, demostraram que estas CEC endometriais apresentam sobreexpressão de aldeído desidrogenases (ALDHs), portanto, indiciando ser um potencial alvo para terapias.Neste contexto, o nosso foco foi desenvolver novas clorinas fundidas o anel 4,5,6,7-tetrahidropirazolo[1,5-a]piridina, incorporando grupos funcionais direcionados a CEC, nomeadamente à ALDH. Assim, a síntese deste tipo de clorinas com grupos aldeídos foi um dos principais objetivos.As clorinas fundidas com 4,5,6,7-tetra-hidropirazolo[1,5-a]piridina foram obtidas por meio duma reação de ciclo-adição [8π+2π], já reportada anteriormente, de aniões metil diazafulvénio com porfirinas. Assim, este trabalho começou com a síntese de 2,2-dioxo-1H,3H-pirazolo[1,5-c][1,3]tiazóis, precursores dos aniões metil diazafulvénio, e da 5,10,15-tetrafenilporfirina (TPP) . Foi seguida uma rota sintética conhecida na obtenção destes compostos. Em seguida, foi obtida a respectiva clorina diéster através da reação do 2,2-dioxo-1H,3H-pirazolo[1,5-c][1,3]tiazole anterior com TTP, sob irradiação de micro-ondas e por aquecimento convencional.Posteriormente, foram sintetizados vários derivados da clorina diester inical, assim como tentadas diversas rotas sintéticas distintas tendo em vista a obtenção dos produtos alvo com grupos aldeídos. Assim, foram preparados derivados hidroximetilos, e obtidas novas clorinas com substituintes acetal e aldeído no anel fundido. Um novo derivado mono ácido carboxílico foi também obtido.Foram iniciados estudos experimentais para avaliar as propriedades fotofísicas de algumas das novas clorinas. Foram determinados os seus coeficientes de absorção molar. Por último, foram realizados estudos preliminares in vitro para avaliar estas novas clorinas como fotossensibilizadores para TFD do CE. Estes novos fotossensibilizadores foram avaliados em duas linhas celulares diferentes do cancro do endométrio, ECC-1 e RL95-2. Estes resultados preliminares revelaram que algumas destas novas clorinas tem potencial para uma avaliação posterior em células estaminais cancerígenas do cancro do endométrio.

Endometrial cancer (EC) is the most common gynecological cancer in developed countries. There are particular groups of women diagnosed with EC in daily clinical practice that pose real challenges to specialists. This project focused on the development of novel theranostic agents for Photodynamic Therapy (PDT) of EC. Due to appropriate photophysical characteristics as photosensitizers for application in PDT, high absorption in the 600-800 nm spectral region, known as phototherapeutic window, there has been a growing interest in the development of new chlorins (dihydroporphyrins) with improved structural stability. Continuing the research work carried out by the supervisor of this project, new sable 4,5,6,7-tetrahydropyrazolo[1,5-a]pyridine-fused chlorins were designed and developed, and evaluated as photosensitizers for PDT of EC.Previously, the co-supervisor of this project performed studies that led to the isolation of a type of cells, the endometrial cancer stem cells (CSC), which play important roles for tumor initiation, progression and recurrence. Furthermore, they showed that endometrial CSC are overexpressed in aldehyde dehydrogenases (ALDHs), thus, suggesting a targeting candidate for therapies.In this context, our focus was developing new ring-fused chlorins incorporating functional groups targeting CSC, namely ALDH. Thus, synthesis of aldehyde-substituted ring-fused chlorins was one of the main goals.The 4,5,6,7-tetrahydropyrazolo[1,5-a]pyridine-fused chlorins were obtained via previously reported [8π+2π] cycloaddition of diazafulvenium methides with porphyrins. Therefore, this work began with the synthesis of 2,2-dioxo-1H,3H-pyrazolo[1,5-c][1,3]thiazoles, precursors of diazafulvenium methides, and 5,10,15-tetraphenylporphyrin (TPP). A know synthetic route was followed until these compounds were obtained. Then, a diester ring-fused chlorin was achieved by reacting the previous 2,2-dioxo-1H,3H-pyrazolo[1,5-c][1,3]thiazole with TTP, under microwave irradiation and conventional heating.Afterwards, various derivatives of the starting diester chlorin were synthesized, as well distinct synthetic routes were attempted, aiming the target products incorporating the aldehyde moieties. Hence, hydroxymethyl, and novel acetal and aldehyde ring-fused chlorins were achieved. A new mono carboxylic acid derivative was also obtained.Experimental studies of the photophysical properties for some of the new chlorins were initiated. Measurements of absorption molar coefficients were performed. Finally, preliminary in vitro studies evaluating these novel chlorins as photosensitizers for PDT of EC were carried out. These new photosensitizers were evaluated in two different endometrial cancer cell lines, ECC-1 and RL95-2. These preliminary results revealed potential for some of these new chlorins to be further studied in endometrial cancer stem cells.