Induction of immunological changes induced by photodynamic therapy (PDT) for cancer
Description
Photodynamic therapy (PDT) is a clinically approved procedure for treatment of cancer and certain non-malignant diseases. PDT consists of systemic or topical administration of a photosensitizer (PS) or a PS precursor (prodrug) such as aminolevulinic acid, followed by irradiation of the diseased area with light of wavelengths corresponding to the absorbance band of the PS. When the PS is activated to its excited state by the light, it can react with the surrounding environment and transfer energy to the molecular tissue oxygen, triggering a photochemical reaction and causing cell death. Besides causing direct cytotoxic effects on illuminated cancer cells, PDT is known to cause damage to the tumor vasculature and to induce the release of pro-inflammatory mediators. Previous studies in mouse models and patients have demonstrated that PDT is capable of affecting both innate and adaptive arms of the immune system. It has been shown that besides stimulating tumor-specific cytotoxic T-cells capable to destroy distant untreated tumor cells, PDT can lead to development of anti-tumor memory immunity that potentially prevents the recurrence of cancer. Moreover, several lines of evidence suggest that PDT may also interfere with the immune-suppressive regulatory T cells (Treg). In the present work we thoroughly investigated the intricate immune profile of PDT in both preclinical and clinical studies, involving (1) a colon adenocarcinoma CT26 wild-type tumor mouse model, (2) patients suffering from esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) treated with porfimer sodium (Photofrin) and Laser and (3) patients with actinic keratoses (AK), treated with the porphyrin precursor methyl aminolevulinate and red LED light. Our results from the animal model suggested that PDT did not cause any long-term effect on the levels of Treg in the spleen or lymph nodes. However, Treg cells depletion via administration of cyclophosphamide (CY) prior PDT potentiated anti-tumor immunity, leading to increased long-term survival and development of memory immunity. The results obtained from the clinical part of the study indicated that PDT abrogated the suppressive capacity of peripheral Treg from ESCC patients, whereas their Treg levels seemed to be unaffected. Differently, in AK patients neither the level nor the function of peripheral Treg was altered after treatment. Together, this confirms the significant role of the immune system in the response to PDT and enriches the understanding of the role of Treg in PDT-mediated immunological responses. However, the ultimate immunologic outcome upon PDT may depend on the type of cancer and body site treated and vary reliant on the photosensitizer, waveband(s) and/or light doses applied. These results also disclose potential far-reaching clinical implications for the improvement of treatment strategies in patients with cancer (e.g. combining PDT with appropriately designed anti-Treg therapy). (author)
Availability note (English)
Also available from Library of the Medical University of Graz , Stiftingtalstra#Latin Small Letter Sharp S#e 24, 8010 Graz (AT) and from http://permalink.obvsg.at/AC11845885Abstract (German)
Die photodynamische Therapie (PDT) ist ein klinisch zugelassenes Verfahren zur Behandlung von Krebs und bestimmten nicht-malignen Erkrankungen. PDT besteht aus systemischer oder topischer Verabreichung eines Photosensibilisators (PS) oder eines PS-Vorläufers (Prodrug) wie Aminolävulinsäure mit nachfolgender Bestrahlung des erkrankten Bereichs. Die Wellenlängen des verwendeten Lichtes sind dabei auf die Absorptionseigenschaften des PS abgestimmt ist. Wenn der PS durch die Einwirkung des Lichtes in den angeregten Zustand übergeführt wird, kann dieser mit der Umgebung reagieren und Energie auf den molekularen Sauerstoff im Gewebe übertragen, ein Prozess, der zu zu einer photochemischen Reaktion und zum Zelltod führt. Neben der direkten zytotoxischen Wirkung auf die bestrahlten Krebszellen schädigt die PDT auch die tumorversorgenden Gefäßen und führt zur Freisetzung bestimmter entzündungsfördernder Mediatoren. Studien in Mausmodellen und bei Patienten zeigten, dass die PDT in der Lage ist sowohl den Schenkel der angeborenen als auch der erworbenen Immunantwort zu beeinflussen. Neben Stimulierung tumorspezifischer zytotoxischer T-Zellen, die auch ferne Tumorzellen zerstören können, kann die PDT auch zur Ausbildung eines immunologische Gedächtnisses führen, welches das Wiederauftreten des Krebses verhindern kann. Außerdem hat eine Reihe von Arbeiten gezeigt, dass die PDT immunsuppressive regulatorische T-Zellen (Treg) beeinflusst. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersuchten wir das komplexe Immunprofil der PDT in präklinischen Experimenten und klinischen Studien. Diese beinhalteten Untersuchungen in (1) einem Kolon-Adenokarzinom CT26-Wildtyp-Tumor-Mausmodell, (2) eine klinische Studie bei Patienten mit Plattenepithelkarzinom des Ösophagus (PEKÖ), die mit Porfimer Natrium (Photofrin®) und Laser behandelt wurden und (3) eine Studie bei Patienten mit aktinischen Keratosen (AK), deren Behandlung mit Porphyrin-Vorläufer Methyl-Aminolävulinat und rotem LED-Licht erfolgte. Unsere Ergebnisse aus dem Tiermodell wiesen darauf hin, dass die PDT keinen langfristigen Einfluss auf die Anzahl der Treg in Milz und Lymphknoten hatte. Jedoch verstärkte die Verabreichung von Cyclophosphamid (CY) vor der PDT die Anti-Tumor-Immunität und verbesserte das langfristige Überleben verbunden mit der Entwicklung eines immunologische Gedächtnisses. Die Ergebnisse aus dem klinischen Teil der Arbeit zeigten, dass die PDT die immunsuppressive Funktion peripherer Treg von Patienten mit PEKÖ aufhob, während deren Anzahl unbeeinflusst blieb. Bei Patienten mit AK hingegen änderte sich nach PDT weder die Funktion, noch die Anzahl der peripheren Treg. Diese Ergebnisse bestätigen die wichtige Rolle des Immunsystems bei den Auswirkungen einer PDT und verbessern das Verständnis der Rolle von Treg bei den durch die Behandlung vermittelten Immunantworten. Je nach Art des zu behandelten Krebses, des PS, der Körperstelle, der gewählten Wellenlänge und/oder der Lichtdosis kann die immunologische Wirkung nach PDT variieren. Diese Ergebnisse eröffnen auch das Potenzial für die Verbesserung und Weiterentwicklung der Behandlungsstrategien bei Patienten mit Krebs, beispielsweise durch die Kombination von PDT mit entsprechend gestalteter Anti-Treg-Therapie. (author)Files
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Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 68 p.
- Report number
- INIS-AT--1602130
INIS
- Country of Publication
- Austria
- Country of Input or Organization
- Austria
- INIS RN
- 47093550
- Subject category
- S62: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- AMINOLEVULINIC ACID; CARCINOMAS; DOSES; IRRADIATION; PATIENTS; PHOTOCHEMICAL REACTIONS; RADIOTHERAPY; TUMOR CELLS; VISIBLE RADIATION
- Descriptors DEC
- AMINO ACIDS; ANIMAL CELLS; CARBOXYLIC ACIDS; CHEMICAL REACTIONS; DISEASES; ELECTROMAGNETIC RADIATION; MEDICINE; NEOPLASMS; NUCLEAR MEDICINE; ORGANIC ACIDS; ORGANIC COMPOUNDS; RADIATIONS; RADIOLOGY; THERAPY