1. Úvod (proč jsou důled ležité) 2. Fotosensitizované reakce a jejich mechanismus 3. Fotodynamická terapie 4. Spontánní aggregace 5. Samoorganizované porfyrinové nanostruktury a jednoduché aplikace Porfyriny zabudové v polymerních nanovláknech a anorganických hybridních materiálech (Dr. K. Lang)
Porfyrinový kruh Velikost cca 1 nm Tetraphenylporfyrin Metalloporfyrin M M Safyrin Texafyrin The Porphyrin andbook (20-Volume Set) by Karl Kadish, Kevin M. Smith, and Roger Guilard Academic Press 1999-2006
Absorpce záření molekulami porfyrinu Využití absorbované energie k dalším procesům UV C UV B UV A Blízká IČ 280 320 400 780 nm ozon proteiny ukleové kyseliny Absorpční spektrum porfyrinu Terčová struktura Přenos elektronu Radikálová reakce S 2 S 1 Intersystem crossing T 1 Fluorescence Tripletní stavy S 0 Singletní stavy porfyrinu Mechanismus 1. typu
Terčová struktura Oxidace Singletn Singletní kyslík b 1 Σ g + 1908 nm T 1 732 nm Tripletní stavy porfyrinu 1270 nm a 1 g X 3 Σ g - Mechanismus 2. typu enasycené lipidy - buněčné membrány, cholesterol R R ene addition OO O e ne a d d itio n O O O 5 - α h y d r o p e r o x i d e Proteiny a. tryptofan, histidin, tyrosin b. Methionin, cystein C C 2 R COR cycloaddition C C 2 O R O COR MeS - C 2 - C - C - COR 2 R MeSO - C - C - C - COR 2 2 R C 2 CO CO C R COR O ukleové kyseliny - guanin 2 - CO 2 2 2 + O O O
Fe + = COO COO ematoporfyrin Meyer-Betz (1903)
1942 - Auler/Banzer V tumorech je zvýšená koncentrace porfyrinů 1960 - Lipson Porfyriny se přednostnostně akumulují v tumorech 1978 - Dougherty pd-pdt na kočce 1990 - Kennedy ALA-PDT kožních tumorů Selektivní akumulace léku (porfyrinu) v nádoru Ozáření zářením vhodné vlnové délky Chemické a biologické změny ádor ekróza (apoptóza)
Before PDT 10 days after PDT 3.5 years total recovery 1 months after PDT www.timtec.net/photogem ormal AMD PDT Visudyne 40000 CZK/1 dávka $500 million/rok - 2004 http://www.visudyne.com/
S 2 S 1 S 0 20 mm Bronchoskopie Dvě fluorescenčně pozitivní ložiska v průduškách (CIS a M )
τ f < 10 ns, Φ f < 0.1 τ T < 2 ms Φ T < 0.7 S 2 T 2 S 1 T 1 τ = 3 µs µ ( 2 O) = 50 µs (D 2 O) = 3 ms (CCl 4 ) Φ < 0.6 a 1 g S 0 Porfyrin X 3 Σ g - Singletní kyslík Design a syntéza Měření fyzikálně-chemických vlastností spektra Výběr podle fotofyzikálních vlastností absorpce v červené oblasti vysoké hodnoty kvantových výtěžků Biologické experimenty na buněčných kulturách toxicita Experimenty na laboratorních zvířatech nežádoucí účinky Klinické zkoušky Fáze I II III
Je doplňková metoda pro terapii nádorů Výhody v porovnání se standardními metodami Umožňuje diagnostiku (intenzivní červená fluorescence) Chemoterapie a ozařování - menší vedlejší účinky Chirurgické odstranění - šetrná k okolní tkáni (bez jizev) evýhody Pouze lokální účinek evhodné pro léčbu velkých nádorů a nádorů na nepřístupných místech Složité přístroje a jejich složitá obsluha (barvivový laser lampy pro dermatologii, diodové lasery)
α -dimer α J-dimer Interakce 2 exciton dipól M ν 3 r 2 (1 3cos α) Kasha, 1964 ν M r 3 2 (1 3 cos 2 a) SO 3 O 3 S SO 3 SO 3 Delokalizovaný exciton
průměr 50-70 nm 20 nm tloušťka stěny Vznikají agregací opačně nabitých porfyrinů -Absorbují viditelné světlo -Fotokatalytické vlastnosti -orší mechanické vlastnosti Základ funkčních (nano)přístrojů? Sandia Laboratory, 2004 Sandia Laboratory, 2005
Kovalentní vazba (400 kj.mol -1 ) Iont-iont (250 kj.mol -1 ) Vodíková vazba (15 kj.mol -1 ) Komplikovaná syntéza větších struktur Iont-dipól (15 kj.mol -1 ) Van der Walls (5 kj.mol -1 ) Samoorganizace po smísení dvou složek
n světlo O + O 3 S e - e - Intensity (a.u.) e - 500 nm Fotoindukovaný přenos elektronu Přenos elektronu Fotoexcitace Rekombinace Donor Akceptor (Gratzelovy) solární články
Přenos elektronu (protonu) Časová škála: ps fs ns,, ps µs, ms S 1 ns,, ps T 1 µs a 1 g S 0 Porfyrin X 3 Σ g - Singletní kyslík
Medicína a biologie Včasná diagnostika (pre)karcinomů in situ Fotodynamická terapie specielních typů karcinomů (malé vedlejší účinky, kosmetický efekt) Antibakteriální a antivirální materiály Materiálový výzkum anoelektronika Zelená chemie (umělá fotosyntéza) Energetika Solární články, výroba vodíku, (malá účinnost, malá stabilita soft materiály) Děkuji za pozornost!
R R R Porfyrinový kruh zajistí akumulaci v karcinomu R 1. Fotodynamická terapie ničení buněk pomocí 1 O 2 2. eutronová terapie- záchyt n atomem 10 B a generace γ záření O O = B O Co 3. Ozařování X-ray nebo γ paprsky absorpce záření těžkým kovem = B =C Přirozený nosič polárních molekul v krvi Zajišťuje transport k cílové struktuře Tumor p= 6.9 Zdravá tkáň p= 7.4 vazba Zdravá tkáň Tumor SO 3 SO 3 PO 3 PO 3 - + pk a =1 pk a =7
Singlet oxygen Superoxide radical anion Peroxyl radical Lipid (L) L O 2 Superoxide dismutase O 2 O aber-weiss reaction; Fenton reaction Fe 2+ lipid radical UV light heme Fe CoQ 1 O 2 + 2 O 2 2 O, + LOO lipid peroxyl radical O 2 ADP or CoQ O 2 - + OO Reactive species Antioxidant Singlet oxygen 1 O 2 vitamin A, vitamin E Superoxide radical O 2 - ydrogen peroxide 2 O 2 Peroxyl radical ROO Lipid peroxyl radical LOO ydroxyl radical O superoxide dismutase, vitamin C catalase, glutathione peroxidase vitamin C, vitamin E vitamin E vitamin C
Generation Molecular Weight Measured Diameter (A) Surface Groups Price EURO/5g 0 517 15 4 98 1 1430 22 8 227 2 3256 29 16 3 6909 36 32 4 14215 45 64 5 28826 54 128 6 58048 67 256 7 116493 81 512 8 233383 97 1024 9 467162 114 2048 avažme porfyrin a získejme 10 934720 135 4096 8620 Kyslíkové koule! SO 3 O 3 S SO 3 p = 1 1x1 µm SO 3 lll
Struktury DA C 3 Interkalace mezi GC, povrchová vazba na AT Stabilizace některých n struktur (quadruplex( quadruplex) Tvorba chiralnich struktur (duplex)