Modifications of protoporphyrin IX fluorescence during ALA-based photodynamic therapy of endometriosis

Modifications of the porphyrin fluorescence during photodynamic treatment of ovarian cells, endometrial adenocarcinoma cells and rat uterus after administration of the porphyrin precursor δ-aminolevulinic acid and exposure with 630 nm laser radiation have been studied. The intracellular and intratissue fluorescence was excited with 407 nm radiation of a krypton ion laser and detected by spectral microscopic imaging using a modified microscope equipped with a slow-scan cooled camera and a liquid crystal filter. In particular, singlet oxygen induced effects due to photobleaching as well as formation of chlorin-type fluorescent photoproducts were detected at around 500, 630 and 670 nm.The photodynamically induced fluorescence modifications were found to vary between cell types. The major fluorescence peak of PP IX was photobleached 63% by a phototoxic fluence of about 20–40 J/cm2 in cells and within rat endometrium. Higher fluences were required to bleach the fluorescence at around 670 nm due to the formation of fluorescent photoproducts. No significant photoinduced modifications of autofluorescence occurred around 500 nm.

ZusammenfassungEs wurden Modifikationen der Porphyrin-Fluoreszenz während der photodynamischen Behandlung von Ovarzellen, endometrischen Adenokarzinom-Zellen und des Rattenuterus nach Applikation des Porphyrin-Precursors δ-Aminolävulinsäure und 630-nm-Laserbestrahlung untersucht. Die intrazelluläre und die Intragewebs-Fluoreszenz wurde mit der 407 nm-Strahlung eines Krypton-Ionenlasers angeregt und mittels spektraler mikroskopischer Bildgebung auf der Basis eines modifizierten Mikroskops mit gekühlter slow-scan Kamera und einem Flüssigkeitskristallfilter nachgewiesen. Insbesondere wurden Singlettsauerstoff induzierte Effekte wie Photobleaching und die Bildung fluoreszierender Photoprodukte vom Chlorintyp bei 500 nm, 630 und 670 nm detektiert.Die photodynamisch induzierten Fluoreszenzänderungen hingen vom Zelltyp ab. Der Hauptfluoreszenzpeak unterlag einem Photobleaching um 63% in Zellen und innerhalb des Rattenendometriums, wenn Strahlungsdosen von 20–40 J/cm2 appliziert wurden. Höhere Dosen wurden aufgrund der Bildung von fluoreszierenden Photoprodukten erforderlich, um die 670-nm-Fluoreszenz zu bleachen. Es wurden keine signifikanten photoinduzierten Änderungen der Autofluoreszenz um 550 nm detektiert.

ResúmenSe han estudiado las modificaciones en la fluorescencia de la porfirina durante el tratamiento fotodinámico de células de ovario, células de adenocarcinoma endometrial y útero de rata, luego de la administración de su precursor (ácido δ-aminolevulínico) y la exposición a una radiación láser de 630 nm. La fluorescencia intracelular e intratejido fue excitada a 407 nm con un láser de cripton y detectado por microscopia espectral utilizando un microscopio modificado equipado con una cámara “slow-scan” refrigerada y un filtro de cristal líquido. En particular se detectaron los efectos inducidos por singuletes de oxígeno como la fotodegradación, asi como a la formación de fotoproductos tipo clorina a una longitud de onda de alrededor de 500 nm, 630 nm y 670 nm.Se determinó que las modificaciones inducidas fotodinámicamente en la fluorescencia varían con el tipo celular. El pico máximo de fluorescencia de PP IX fue fotodegradado en un 63% por una fluencia fototóxica de aproximadamente 20–40 J/cm2 en las células y en el endometrio de rata. Para degradar la fluorescencia de alrededor de 670 nm, fueron necesarias fluencias mayores debido a la formación de productos fotofluorescentes. No hubo modificaciones significativas de la autofluorescencia alrededor de 500 nm.