ラマン分光法を用いた生きた単細胞大腸癌細胞上での光増感剤の検出と時間追跡活性化

Detection and time-tracking activation of a photosensitiser on live single colorectal cancer cells using Raman spectroscopy.

• Julia Gala de Pablo
• David R Chisholm
• Carrie A Ambler
• Sally A Peyman
• Andrew Whiting
• Stephen D Evans

抄録

ラマン分光法は、単細胞の薬物に対する取り込み、代謝、反応を観察するために使用されてきた。光力学的治療は、光、光増感剤、酸素を用いて腫瘍組織を破壊することを基本としている。ここでは、単細胞ラマン分光法を用いて、大腸腺癌細胞株SW480、HT29およびSW620の生きた単細胞におけるジフェニルアセチレン構造を持つ新規光増感剤DC473の取り込みおよび細胞内分解を調べた。DC473は主に脂質滴に蓄積し、HT29およびSW620細胞ではSW480細胞よりも高い蓄積を示し、DC473のピークはより広い波数にシフトしていた。DC473の活性化および効果は、生きた単細胞で5分間追跡された。紫外線に曝露すると、ＤＣ４７３の信号強度は低下し、残りのＤＣ４７３はより高い波数にシフトして広がり、寿命は約５０秒であった。形態学的には、SW480およびSW620細胞は光力学的治療により変化を示したが、HT29細胞は変化を示さなかった。形態学的変化は、紫外線照射後のDC473シグナルの残存量の増加と相関していた。我々の研究は、DC473が活性化後に細胞内で凝集体を形成し、その凝集体が解離することを示唆しており、ラマン分光法が時間依存性の単細胞薬力学の研究に利用できる可能性を示している。

Raman spectroscopy has been used to observe uptake, metabolism and response of single-cells to drugs. Photodynamic therapy is based on the use of light, a photosensitiser and oxygen to destroy tumour tissue. Here, we used single-cell Raman spectroscopy to study the uptake and intracellular degradation of a novel photosensitiser with a diphenylacetylene structure, DC473, in live single-cells from colorectal adenocarcinoma cell lines SW480, HT29 and SW620. DC473 was seen to predominantly accumulate in lipid droplets, showing higher accumulation in HT29 and SW620 cells than in SW480 cells, with a broader DC473 peak shifted to higher wavenumbers. DC473 activation and effects were tracked on live single-cells for 5 minutes. Upon exposure to UV light, the DC473 signal intensity dropped, with remaining DC473 shifting towards higher wavenumbers and widening, with a lifetime of approximately 50 seconds. Morphologically, SW480 and SW620 cells showed changes upon photodynamic therapy, whereas HT29 cells showed no changes. Morphological changes correlated with higher remaining DC473 signal after UV exposure. Our research suggests that DC473 forms aggregates within the cells that disaggregate following activation, showing the potential of Raman spectroscopy for the study of time-dependent single-cell pharmacodynamics.