Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2024, № 4 · BIOMEDICAL RADIO ELECTRONICS

On the possibility of using the ytterbium 2,4-di(α-methoxyethyl)deuteroporphyrin IX complex for superficial tumors theranostics

I.P. Shilov1, V.D. Rumyantseva1,2, A.S. Gorshkova1, A.V. Ivanov3

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
2 MIREA - Russian Technological University, Moscow, Russia
3 «N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology» of the Russian Ministry of Health, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2024.4.3 UDC 577:61 EDN MBVHDY

Abstract

The dynamics of the photosensitized singlet oxygen formation for the ytterbium 2,4-di(α-methoxyethyl)deuteroporphyrin IX complex (Yb-DMDP IX) and for its metal-free form under laser excitation on a highly sensitive laser fluorimeter was studied. It has been shown that the quantum yield of singlet oxygen generation for Yb-DMDP IX (11%) is significantly lower than in the case of DMDP IX itself (40%), which experimentally confirms the low phototoxicity of the Yb complex. However, the established 11% quantum yield of 1O2 indicates the possible presence of DMDP IX in the main substance of Yb-DMDP IX, leading to residual phototoxicity. Using high-performance liquid chromatography, the quantitative ratios of the Yb-complex and its metal-free form (10%) were established. Thus, the presented Yb-complex can also be used for cancer theranostics, since after carrying out IR luminescence diagnostics (in the 900-1100 nm spectral range), it is also possible to subsequently carry out the PDT procedure in the absorption band of the porphyrin complex metal-free form at the 630 nm wavelength. The Yb-DMDP IX effectiveness for the PDT procedure can be significantly increased by treating this compound with ascorbic acid after the IR luminescence diagnostics procedure.

  • ytterbium 2
  • 4-di(α-methoxyethyl)deuteroporphyrin IX complex
  • photoactivity
  • luminescence
  • singlet oxygen
  • quantum yield
  • laser fluorometer
  • phototoxicity
  • photodynamic therapy
  • IR-luminescent cancer diagnostics
Аннотация (на русском)

О возможности использования иттербиевого комплекса 2,4-ди (α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX для тераностики новообразований поверхностной локализации

Исследована динамика фотосенсибилизированного образования синглетного кислорода для иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (Yb-ДМДП IX) и для его безметальной формы при лазерном возбуждении на высокочувствительном лазерном флуориметре. Показано, что квантовый выход генерации синглетного кислорода для Yb-ДМДП IX (11%) значительно меньше, чем в случае самого ДМДП IX (40%), что экспериментально подтверждает низкую фототоксичность Yb-комплекса. Однако установленные 11% квантового выхода 1О2 говорят о возможном присутствии в основном веществе Yb-ДМДП IX также и ДМДП IX, приводящей к остаточной фототоксичности. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии были установлены количественные соотношения Yb-комплекса и его безметальной формы (~11%). Таким образом представленный Yb-комплекс может быть использован также и для тераностики рака, поскольку после проведения ИК-люминесцентной диагностики (в спектральном диапазоне 900-1100 нм) возможно и последующее осуществление процедуры ФДТ в полосе поглощения безметальной формы порфирина (БФП) на длине волны 630 нм. Эффективность Yb-ДМДП IX для осуществления процедуры ФДТ может быть в значительной степени повышена путем обработки данного соединения аскорбиновой кислотой после проведения процедуры ИК-люминесцентной диагностики.

For citation

Shilov I.P., Rumyantseva V.D., Gorshkova A.S., Ivanov A.V. On the possibility of using the ytterbium 2,4-di(α-methoxyethyl)deuteroporphyrin IX complex for superficial tumors theranostics // Journal of Radio Electronics. – 2024. – No. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.4.3

References

  1. Comby S., Bünzli J. C. G. Lanthanide near-infrared luminescence in molecular probes and devices //Handbook on the physics and chemistry of rare earths. - 2007. - V. 37. - P. 217-470. https://doi.org/10.1016/S0168-1273(07)37035-9
  2. Bulach V., Sguerra F., Hosseini M. W. Porphyrin lanthanide complexes for NIR emission // Coordination Chemistry Reviews. - 2012. - V. 256. - №. 15-16. - P. 1468-1478. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2012.02.027
  3. Шилов И. П. и др. Перспективы инфракрасной люминесцентной диагностики новообразований поверхностной локации на основе иттербиевых комплексов порфиринов // Радиотехника и электроника. - 2023. - Т. 68. - №. 4. - С. 399-406. https://doi.org/10.31857/S0033849423030130
  4. Ivanov A. V. et al. Luminescence diagnostics of malignant tumors in the IR spectral range using Yb-porphyrin metallocomplexes // Laser Physics. - 2010. - V. 20. - P. 2056-2065. http://dx.doi.org/10.1134/S1054660X10220032
  5. Гайнов В. В., Шайдуллин Р. И., Рябушкин О. А. Стационарный разогрев активных волоконных световодов при оптической накачке // Квантовая электроника. - 2011. - Т. 41. - №. 7. - С. 637-643.
  6. Щелкунова А. Е. и др. Разработка синтеза дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2, 4-ди (α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX // Макрогетероциклы. - 2019. - Т. 12. - №. 4. - С. 382-388. https://doi.org/10.6060/mhc190658s
  7. Шилов И. П. и др. Малогабаритное устройство для экспресс-исследований спектрально-люминесцентных свойств металлокомплексов порфиринов // Журнал радиоэлектроники. - 2019. - №. 7. - С. 10-10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.7.4
  8. Shilov I. P. et al. Development of a Laser-Fiber Fluorimeter for IR Luminescence Cancer Diagnosis // Journal of Communications Technology and Electronics. - 2022. - V. 67. - №. 4. - P. 463-469. https://doi.org/10.1134/S106422692204009X