Early and late apoptotic events induced in human glioblastoma cells by Hypericin PDT

During photodynamic therapy (PDT) the interaction between light and photosensitizers induces oxidative stress and the production of reactive oxygen species (ROS). ROS formation influences ion channels and causes changes in the Ca2+ concentration which may induce further reactions leading to cell stimulation or cell death. In this study we analysed the influence of irradiation conditions on the cell death mechanisms during Hypericin-induced PDT. The process of apoptosis is characterized by morphological and physiological changes of the cell membrane and of the whole intracellular chain reactions. The translocation of the phospholipid phosphatidylserine from the inner to the outer leaflet of the plasma membrane is one of the earliest indications of apoptotic cell death. The translocation was traced by the binding of fluorescein isothiocyanate (FITC)-conjugated Annexin-V to phosphatidylserine and fluorescence activated cell sorting (FACS) analysis.

ZusammenfassungDurch das Zusammenspiel von Licht und Photosensibilisatoren wird in der photodynamischen Therapie (PDT) reaktiver Sauerstoff produziert. Dadurch wird in der Zelle oxidativer Stress ausgelöst, der seinerseits unterschiedliche Zelltodmechanismen, wie Apoptose und Nekrose aktivieren kann.Apoptose ist u.a. durch strukturelle Veränderungen der Zellmembran charakterisiert. Nekrotische Prozesse werden durch ein Anschwellen der Zellen (Onkose) eingeleitet, welche im weiteren Verlauf platzen und die Freisetzung von Zytosolbestandteilen in den Interzellularraum bewirken. Entzündungsreaktionen sind die Folge. Aufgrund der anatomischen Gegebenheiten im Gehirn ist ein entzündlich-nekrotisches Anschwellen von Gewebe kritisch. Aus diesem Grund sollte für die PDT von Gliomen die Entstehung von Nekrose vermieden, aber apoptotische Vorgänge induziert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb die durch Hypericin hervorgerufenen Zelltodmechanismen anhand von FACS-Analysen untersucht.Die Verlagerung des Phospholipids Phosphatidylserin von der inneren an die äußere Zellmembran, als Anzeichen für beginnende Apoptose, wurde mit dem Apoptosemarker Annexin-V-FITC anhand der FITC-Fluoreszenz nachgewiesen. Die nekrotischen Veränderungen der Kernsubstanz bzw. die Schädigungen an der Zellkernhülle konnten durch die Einlagerung von Propidium-Jodid in die DNA ebenfalls durch Fluoreszenz dargestellt werden. Anhand der FACS-Analysen wurde quantitativ der Anteil der induzierten nekrotischen und apoptotischen Prozesse nach einer Hypericin-induzierten PDT bestimmt.Die humanen Glioblastomzellen zeigten unter den angewendeten Versuchsbedingungen eine überwiegende Tendenz zum apoptotischen Zelltod, der bei der PDT von Glioblastomen favorisiert wird.